|
| |
Die Abstimmung von 2-Takt-Motoren im Resonanzbetrieb
Veröffentlicht:
Modellsport Verlag Rotor 5-7/97 und MFI 7-9/97
von
Bruno Stükerjürgen
Hinter dem Wort "Motorabstimmung" verbergen sich einige hundert Seiten von
beschriebenem Papier: Philosophien, persönliche Meinungen, Vorurteile,
Unkenntnis, "Böhmische Dörfer", Leistungswille, Widerwille, etc. und ein Sack
voll Diskussionsstoff. Fragt man auf dem Flugplatz fünf Piloten nach der
richtigen Motorabstimmung für seinen Flieger, bekommt man mindestens 10
Meinungen zu hören, von denen die meisten auch noch falsch oder aus dem
Zusammenhang gerissen sind. Nachdem mein Bericht über mein "UNIT"- Tanksystem im
Rotor 5/96 veröffentlicht wurde, geriet meine positive Einstellung gegenüber
einer Gruppe von Modellfliegern doch arg ins Wanken. Wir Modellbauer sind ein
Völkchen von Individualisten und Tüftlern, die für jeden guten Rat dankbar sind
und sofort ausprobieren müssen, ob er denn auch funktioniert. Die anderen
bezeichne ich mal als Modellflieger, die einem erst einmal gar nichts glauben,
endlose Diskussionen anzetteln, andere verunsichern, es selber erst gar nicht
ausprobieren und in Ihrer Überzeugtheit mit Ihrem Halbwissen weitermurksen.
Vielleicht kann ich diese ungläubige Minderheit mit diesen Artikel überzeugen,
auch mal Dinge anzunehmen, die "nicht auf ihrem Mist gewachsen" sind. Die
häufigste Antwort auf meine Frage nach Motorproblemen war: "Mein Motor läuft
immer" oder "Ich habe keine Motorprobleme" oder "Warum soll ich einen
komplizierten Tank einbauen, wenn ich keine Tankprobleme habe?" Bei solchen
Antworten werde ich den Gedanken nicht los, daß einige Menschen einfach auf
ihrem Wissensstand stehen bleiben wollen oder andere Modellflieger dumm halten
wollen." Den letzten "Kick", mich zu diesem Artikel aufzuraffen, meine
Erfahrungen in stundenlangen Sitzungen aufzubereiten und in den Computer zu
"hacken", war der Artikel in der Ausgabe 7/96 einer Modellzeitschrift über die
"Funktion und Abstimmung von Resorohren". "Viele Wege führen nach Rom", aber es
gibt auch heute in unserer aufgeklärten (oder vielleicht doch nicht?)
Gesellschaft immer noch Zeitgenossen, die dort nie ankommen werden.
An dieser Stelle ein Aufruf an alle Motorhersteller: zu jedem Motor gehört eine
Liste mit Abstimmversuchen mit präzisen Angaben, die den unbedarften Käufer
solcher Produkte in die Lage versetzt, diesen erworbenen Treibling mit der
angegebenen Leistung erfolgreich zu betreiben.
Alle reden davon, aber kein mir bekannter Hersteller oder Distributor hat den
Mut es zu Papier zu bringen. Ich muß mich immer fragen, wie die schönen
Motor-Datenblätter entstehen? Schreibt der eine vom anderen ab und schlägt 10%
Gewinn auf, oder sind die Leistungsangaben tatsächlich auf dem Prüfstand unter
realen Bedingungen ermittelt worden? In diesem Fall wäre es doch ein Leichtes,
die Versuchsbedingungen aufzuschreiben und dem Käufer zukommen zu lassen.
Vielleicht will der eine Hersteller dem anderen auch nichts (Wissen oder
Unwissen) verraten?!
Der folgende Artikel ist für einige Leser sicherlich ein Alptraum, für andere
eher langweilig und für die meisten (so hoffe ich) unter Euch interessant und
spannend wie ein Krimi. Er ist jedoch nicht als Bedienungsanleitung zu
verstehen, sondern soll aufzeigen, welche ungeahnten Möglichkeiten in einem 61er
Motor schlummern. Schachtelneue Motore in einen Flieger schrauben und auf
Motorleistung warten, funktioniert nur in den Vorstellungen der Hersteller.
Jeder Motorbetreiber muß sich mehr oder weniger mit der Materie
auseinandersetzten, will er kein Schiffbruch erleiden.
Die Abstimmung eines Motors gehört für mich zu den schwierigsten Aufgaben im
Bereich der Motortechnik. Noch schwieriger ist es, die jahrelange Erfahrung, mit
der Entscheidungen für dieses oder jenes aus dem Gefühl oder mit dem erworbenen
Know-How getroffen werden, für jeden Motortüftler in verständlicher Form
niederzuschreiben. Es gibt zwar viele Bücher und andere Veröffentlichungen über
Motorentechnik, aber nur wenige, die sich mit der richtigen Abstimmung eines
2-Takt-Motors mit Resonanzrohr im oberen Leistungsbereich für den Modellflug
befassen. Mein Bericht stellt nicht den Anspruch auf Vollständigkeit, und es
wird immer Motortüftler geben, die andere und vielleicht bessere Erfahrungen
gemacht haben, ist aber immerhin ein Anfang, der auf meine über 15-jährige
Erfahrung mit Rennmotoren aufbaut.
Meine 40er RI-Rennmotore aus russischer Produktion leisteten bei etwa 29000 U/mIn
ca. 2,5 bis 3 PS. Das entspricht einer Literleistung von 384 bis 461 PS.
Um einen Motor gut abzustimmen, müssen einige Voraussetzungen erfüllt und die
Einsatzbedingungen definiert werden;
Zunächst wird festgelegt, in welchem Leistungsbereich man fliegen will oder muß.
Grundsätzlich gilt für jeden Motor: je näher man sich an der Leistungsgrenze
bewegt, desto präziser muß der Motor abgestimmt und eingestellt werden. Der
Umkehrschluß dürfte für jeden klar sein: je weniger Leistung einem Motor
abverlangt wird, desto mehr kann man mit der Einstellung und Abstimmung
schludern. Nur so ist es zu erklären, daß namhafte Heli- und Flächenpiloten
-nach ihrer eigenen Aussage zur Folge - mit ihren Motoren keinerlei Probleme
haben. Maschinen sind im Grunde wie Menschen; wenn sie Höchstleistung bringen
müssen, werden sie kribbelig und kritisch in der Handhabung!
Was verbirgt sich eigentlich hinter dem Wort "Motorenabstimmung"?
Das Aufeinander-Abstimmen von Einzelkomponenten, die im Kreislauf der
Antriebseinheit Aufgaben übernehmen, mit denen der Motor seine Arbeit problemlos
in einem bestimmten Leistungsbereich verrichten kann. Jede noch so gute
Komponente ist wertlos, wenn sie in der Gesamtheit nicht harmoniert. Zu den
Einzelkomponenten einer solchen Einheit gehören:
- Größe, Art und Ausstattung des Tanks
- Länge und Durchmesser der Schlauchleitungen
- die Nadeln, der Querschnitt und die Handhabung des Vergasers
- die Qualität der eingesetzten Materialien und deren Verarbeitung für den Motor
- die Verdichtung des Motors
- der Wärmewert der Glühkerze
- die Größe des Kühlkopfes (Kühlfläche)
- die Führung und der Durchmesser des Abgaskrümmers
-das Resonanzrohr: Volumen, Durchmesser, Diffusorwinkel, Prallplatte oder
Gegenkonus, Innenwiderstand
Für mein Beispiel soll folgendes gelten:
Der Einsatz erfolgt in einem Hubschrauber mit einer Getriebeuntersetzung von 9 :
1 bei einer Kopfdrehzahl von 1400 U/min und 1850 U/min. Daraus ergeben sich
Motordrehzahlen von 12600 U/min bzw. 16650 U/min. Verwendeter Motor ist der OS
61 RX mit einem 7-H-Vergaser mit einem freien Durchmesser von 10 mm. Die Länge
des Krümmers beträgt in der Sehne bis zum Flansch 130 mm bei einem
Innendurchmesser von 19 mm. Krümmer mit einem Innendurchmesser von weniger als
18 mm und mehr als 19 mm gehen zu Lasten der Motorleistung! Das von mir
eingesetzte Hatori-Rohr trägt die Bezeichnung # 650 mit dem längeren
zylindrischen Stück bis zur Prallplatte.
Der Drucknippel wird mit einer Gegenmutter am Ende des Diffusors (hoher
Innendruck) eingesetzt (mit UHU-Plus bei ca. 150 Grad 15 Minuten mit einem
Heißluftföhn aushärten lassen). Der hohe Druckaufschlag aus dem Resonanzrohr ist
wichtig für die Piloten, die kräftig an den Knüppeln rühren;- denn 20 g sind
schnell erreicht. Das heißt nichts anderes, als das der Treibstoff bei einigen
Figuren plötzlich 20mal so schwer ist wie vorher. Das Ergebnis ist unter
Umständen eine abgerissene Spritsäule zum Vergaser.
Das Resonanzrohr wird auf die Länge von 250 mm (Prallplatte-Rohranfang ohne
Krümmer) für den Einstieg gekürzt und die Schnittkante sorgfältig entgratet
(vorher bitte einen kleinen Lappen bis hinter die Schnittkante in das Rohr
schieben, um Verunreinigungen im großen Maß zu vermeiden).
Das Rohr wird nach einer solchen Behandlung oder vor dem Erstgebrauch gründlich
mit Wasser gespült. Als Verbindungsschlauch zwischen Krümmer und Rohr wird von
mir ein handelsübliches Teflonrohr eingesetzt. Als Abdichtung zum Alurohr dient
ein übergeschobener Silikonschlauch, der an der Rohroberfläche festbrennt (siehe
Abb.1) Federschellen sind für Aluminiumrohre ungeeignet!
Die Federschelle staucht das Alurohr bei zunehmender Erwärmung zusammen. Der
Querschnitt verengt sich und irgendwann leidet der Motor an Atemnot - die
Leistung bricht förmlich zusammen.
Als Treibstoff verwende ich den Dynaglo-Straight von Simprop mit einem Ölanteil
von 8% Synthetik- und 2% Rizinus”l, ohne Nitro. Dieser geringe Ölanteil ist
nicht mit jedem Vergaser zu betreiben. Die Viskosität des Treibstoffes ist
erheblich geringer als bei 15 oder 20 % Ölanteil und der Energiegehalt größer.
Der nutzbare Einstellbereich wird bei ungeeigneten Vergasern (z.B. OS 60 B) zu
klein und somit die Einstellung überkritisch. Der von mir eingesetzte OS 7-H
Vergaser ist für meine Belange modifiziert (flacherer Hauptnadelkonus und
Veränderung des Vergasergehäuses um eine magere Einstellung im Mittelgas zu
erreichen).
Für den Normalflieger ist diese Spielerei jedoch völlig ungeeignet und daher
noch ein Aufruf an die Motorhersteller:
"Baut endlich einen Vergaser der diesen Namen verdient und für geringe Ölanteile
und ohne Nitro für Jedermann zu gebrauchen ist." Die heutigen Vergaser haben
eine Bohrung, die für 3,5 und 6,5 ccm Motoren und Spritlöcher, die für 50
ccm-Motoren geeignet sind. Was nutzt mir ein 3-Nadel-Schicki-Micki-Vergaser,
wenn 2 Nadeln ganz zugedreht werden müssen und die Dritte von 5 Umdrehungen nur
eine halbe Umdrehung auf ist? Zwischen einer fetten und einer mageren
Einstellung sollte sich der Weg der Nadel bei einer Umdrehung bewegen! Womöglich
ist der freie Querschnitt der Vergaserbohrung noch kleiner als 9 mm. Wo bitte
schön soll denn die angegebene Leistung dann noch herkommen? Ich ziehe meinen
E-Starter nach dem Anlassen immer ab! Meine Versuche laufen zur Zeit mit einem
12 mm Vergaser!! (Abb.2)
Die richtige Glühkerze muß in Versuchen ermittelt werden. Ein Motor kann auf
fast jede Kerze abgestimmt werden. Zur Zeit setze ich bei meiner Abstimmung eine
Rossi4 ein. Vorgeglüht wird mit 2 Volt; und nicht weniger!
Um Spannungseinbrüche zu vermeiden, verwende ich immer zwei Akkus; 2 Volt 2,5 A
für die Kerze und 14 Hochstromzellen (16,8 Volt)1,4 A für den Starter. Diese
hohen Akkuleistungen erleichtern das Starten eines Motors ungemein.
An dieser Stelle noch einige Zeilen zum Betanken und Starten eines Motors mit
dem E-Starter:
- während des Betankens ist der Vergaser dicht zu verschließen, um ein
"Absaufen" schon beim Tanken zu vermeiden
- der Motor wird vor dem Glühen nicht angesaugt
- der Vergaser wird für erhöhten Standgasbetrieb geöffnet
- die Kerze wird geglüht
- der Anlasser aufgesetzt und der Motor "trocken" gestartet
Der Sprit kann während des Startvorgangs je nach Vergaser ohne oder mit
Druckanschluß angesaugt werden. Wichtig ist hierbei, daß der Anlasser nicht eher
abgenommen wird, bis der Motor "nachhaltige Laufwilligkeit" signalisiert. Bei
dieser Art von Starten kann man sehr gut hören, wann der Motor genügend Sprit
angesaugt hat und kann beim Druckanschluß den Finger frühzeitig vom
Dämpfer-Endrohr nehmen. Das Ratespiel nach dem "zuviel oder zuwenig" Sprit hat
dann ein Ende und das "Absaufen" während des Startvorgangs ebenfalls.
Eine weitere wichtige Voraussetzung für ein gutes Gelingen ist
selbstverständlich ein dichter Tank mit einer festen Außenhaut (z.B. Kavan -
Plastiktüten gehören in den Verpackungshandel). Um unnötige Fehldiagnosen zu
vermeiden, sollte als Entnahmesystem unbedingt mein in der Rotorausgabe 5/96
bzw. MFI 1/97 vorgestelltes "UNIT"- Tanksystem installiert werden. Der Bubbless
Fuel Tank ist noch in der Eprobung, kann jedoch im Flächenflieger ohne
Vorbehalte schon jetzt eingesetzt werden. (Auf dem Prüfstand ist diese Maßnahme
nicht erforderlich, da eh ständig an der Düsennadel gedreht wird.) Nur so
bekommt man vergleichbare und wiederholbare Meßwerte bei der Einstellarbeit
eines Motors im Modell - und das will man ja erreichen. Einmal probiert -"hui"-
zweimal probiert- "pfui"- kann einem bei der Motorabstimmung zur Verzweiflung
bringen.
Also keine Kompromisse bei den Vorbereitungen und den Voraussetzungen für
Abstimmversuche eines Motors! Weder auf dem Prüfstand, noch im Modell, sonst ist
die ganze Mühe unter Umständen umsonst - und wer will schon viel Arbeit mit
wenig Ergebnis? Desweiteren muß ein Motor die berühmte "Einlaufphase"
abgeschlossen haben.
Befragt man zu diesem Thema einen Ölexperten mit einem Mikroskop, zieht sich die
Einlaufphase ca. 2 bis 3 Stunden hin. Bei diesen Fachleuten ist die Einlaufphase
beendet, wenn im Abgas nur noch geringer Metallabrieb unter dem Mikroskop
erkennbar ist. Da ich nicht im Besitz eines solch komplizierten Gerätes bin, ist
bei mir die Einlaufphase beendet, wenn der Motor keine Überhitzungserscheinungen
im Vollgasbereich zeigt. Das kann also je nach Material schon nach wenigen
Minuten der Fall sein (zur Nachahmung nicht zu empfehlen, da bei mir jede
Passung im Motor Überprüft und ggf. nachgearbeitet wird.) Wichtig ist es vor dem
ersten Lauf den Motor mit Treibstoff gründlich zu spülen, bis er an allen
Löchern (auch am vorderen Lager) herausläuft. Einlaufen muß bei den heutigen
Motoren mit moderner Fertigungsqualität hauptsächlich nur noch das obere und
untere Pleulauge. Mit 3-4/100 Übermaß im Durchmesser zum Kurbelwellenzapfen ist
gerademal die Lagerluft für die obere Pleullagerung erreicht (Abb.3), aber für
das untere Auge ist diese Lagerluft nach meinen Erkenntnissen nicht vollgasfest,
und somit für den sofortigen Gebrauch bei Versuchen der Motorabstimmung nicht
ratsam. Hier hilft auch kein Ölanteil von z.B. 20% oder irgendein
"Super-Additiv", denn wie soll das Öl in einen so kleinen Spalt mit einer Tiefe
von ca 6,5mm eindringen? Nach meinen Erfahrungen muß das Pleulauge 6/100 Übermaß
zum Zapfen haben. Bei kalten Lufttemperaturen verstärkt sich dieser Effekt um
ein Vielfaches, da sich die Viskosität des Öls noch vergrößert, und die Passung
durch die Materialschrumpfung noch einmal verkleinert. Diese enge Passung habe
ich bei den von mir vermessenen Motoren der Marke: Rossi, Picco, Novarossi,
Webra und OS in der 61iger Größe feststellen können.
Ich habe bisher noch von niemandem eine befriedigende Antwort auf meine Frage
nach der engen Pleulpassung erhalten. Da ich an dieser Stelle nicht über
Motor-Tuning sondern über die Motorabstimmung schreiben möchte, will ich es
hiermit bewenden lassen.
Als letztes muß noch entschieden werden, ob der Motor bei der
Schwebeflug-Drehzahl von 12600 U/min innerhalb oder außerhalb der Resonanz
laufen soll. Mein Motor läuft bei 12600 U/min immer außerhalb der Resonanz. Der
Vorteil liegt bei geringer Leistungsabgabe im weicheren Lauf, der dem Schweben
sehr entgegenkommt und in der Möglichkeit das Rohr speziell auf die hohe
Drehzahl abzustimmen, wodurch entschieden mehr Motorleistung erreicht wird.
An dieser Stelle angekommen, muß man sich überlegen, ob der Motor im Modell oder
auf dem Prüfstand abgestimmt werden soll.
Grundsätzlich ist beides möglich. Da ich jedoch immer genaue Meßdaten erhalten
möchte, beginne ich mit den Prüfstandversuchen und nehme später noch einige
Anpassungen direkt im Modell vor.
Zur Montage des Propellermitnehmers (Mitnehmer + Konus) auf die langgeschliffene
Kurbelwelle (Helimotor), muß vorher ein Distanzring (Abb.4 Innenring eines
Lagers) von ca 7mm Länge aufgeschoben werden. Der erforderliche Krümmer (Abb.5
Abgang nach hinten) sollte 2 cm kürzer als der Krümmer im Hubschrauber sein,
somit 11cm. Als Standartpropeller verwende ich den APC 10x8 (15.000 bis 16.000
U/min) und eine TF 8,5x9 (17.500 bis 18.500 U/min). Dieses entspricht etwa den
vorgegebenen Motordrehzahlen im Schnellflug. Die vorbereitete Motoreinheit wird
nun auf einen stabilen Motorprüfstand geschraubt (Abb.6). Prüfstände mit
Klemmvorrichtungen sind mir zu gefährlich, denn eine lose Schraube hält immer
noch besser als eine lose Klemmvorrichtung. Für jeden Pilot dürfte klar sein,
daß ein fliegender Motor nur schwer zu beherrschen ist.
Ist die Resonanzrohrlänge auf ca. 38 cm (gemessen zwischen Motorflansch und
Prallplatte) eingestellt, der Druck- und Sauganschluß zum Tank hergestellt, der
Propeller montiert und fest angezogen (fest ist dann, wenn die Propellernarbe
unter dem Druck der Mutter nicht mehr nachgibt), steht einem Motorstart nichts
mehr im Wege.
Als Meßinstrument dient lediglich ein Drehzahlmesser mit einem Meßbereich von
2000 bis 20000 U/min. Drehmonentmessungen sind in diesem Fall uninteressant. Ein
stationärer Drehzahlmesser (Abb.7) hat in der Handhabung nur Vorteile. Ein
unvermeidbares Werkzeug ist zudem noch ein Block oder Notizbuch für diverse
Eintragungen nach jeder Änderung am Motor bzw. Rohr und die damit erzielte
Drehzahl. Nur so kann man die gemessenen Werte analysieren und reproduzieren,
denn Erfolg ist in den seltensten Fällen nur auf Glück aufgebaut. Diejenigen
unter Euch, die sich schon mal intensiv mit Motorabstimmungen beschäftigt haben,
wissen wie zeitraubend eine gute Motorabstimmung sein kann um zum Erfolg zu
kommen. Das Ziel lautet hier: eine hohe Motorleistung bei einer homogenen
Motortemperatur, einer unkomplizierten Vergasereinstellung bei sich ändernden
Bedingungen (z.B. Wetter) und ein in jeder Fluglage runder und sicherer
Motorlauf. Einige unter Euch werden sich jetzt schon fragen "ja wie lange dauert
denn so eine Prozedur"? Nun, eine Motorabstimmung auf dem Prüfstand nimmt bei
mir etwa einen vollen Arbeitstag in Anspruch, und dann noch einmal vier bis fünf
Starts mit dem Hubi, je nachdem wie kompliziert der Vergaser zu bedienen ist.
Wichtig bei jedem Probelauf auf dem Prüfstand ist, den Motor vor Überhitzung zu
schützen. Je nach Materialeinsatz der Hersteller für die Laufgarnitur (Abb.8
Stahl/Ring, ABC oder AAC) kann ein überhitzter Motorlauf schon zur Zerstörung
dieses empfindlichen Bauteiles kommen. Bei weiterer Überhitzung verspannt sich
in der Regel das Motorgehäuse.
Dieser ungünstigste Fall aller Motorschäden ist nicht sichtbar oder meßbar. Der
Motor hat im Folgenden einen unberechenbaren Lauf und ist nicht mehr
einstellbar. Kurz gesagt: "das Ding ist reif für die Tonne". Das Gemeine an
dieser Überhitzung ist, daß sie nicht in Grad Celsius angegeben werden kann. Die
Temperaturstabilität eines Motors hängt wesentlich von den Metallegierungen ab
und nicht so sehr - wie so oft behauptet - von der Anzahl der Kühlrippen oder
deren Farbe.
Wie kann man diese Überhitzungen vermeiden?
- jeder Probelauf muß von der fetten zur spitzen Vergasereinstellung erfolgen,
niemals anders
- bei einem sich nur andeutenden Drehzalhlabfall den Motor sofort abstellen
- vor jedem erneuten Probelauf den Motor auf unter 50 Grad C abkühlen lassen
(gut Handwarm)
- während des Motorlaufes niemals das Resonanzrohr verschieben, geschweige denn
kürzer schieben (man mißt nur Mist und der Motor glüht innerhalb von Sekunden)
- beim Probelauf sofort die Drehzahl messen und nicht warten wie standfest der
Motor wohl ist oder sich an dem schönen "Sound" ergötzen. Nach erfolgter Messung
den Motor sofort abstellen.
- ein unrunder Motorlauf zeugt immer von Schwäche, bedingt durch eine falsche
Einstellung, oder zu große Propellerauswahl. Frei nach dem Motto "mein Rotor hat
einsfufzig"- warum hat der Propeller nur 10x8" Auch einen Motor kann man quälen.
Es gibt grundsätzlich nur zwei Möglichkeiten einem Motor Leistung zu entlocken:
das eine geht über eine hohe Drehzahl und das andere über einen großen Hubraum.
Beides sind jedoch relative Größen und bekommen erst im Zusammenhang einen Sinn.
Je kleiner der Hubraum (entsprechend klein ist dann der Hub) des Motors, desto
höher kann dieser drehen. Für Hochleistungszwecke werden heute 2,5 ccm Motore
mit über 40.000 U/min, 6,5 ccm mit über 30.000 U/min und 10 ccm mit über 25.000
U/min betrieben. Die Literleistung dieser Motore liegt dann etwa bei 350-450
PS/Ltr. Hubraum. Die vergleichbare Leistung von durchschnittlichen Serienmotoren
ist nur etwa halb so groß. Auch hierbei gilt: je kleiner der Hubraum, desto
größer die Leistung pro Liter Hubraum. Grundsätzlich gilt bei jedem Motor: je
mehr Methanol-Luft-Gemisch durch den Vergaser läuft bzw. fließt, desto höher ist
die Motorleistung, egal bei welcher Motorgröße. Der Umkehrschluß ist folgender:
je weniger Sprit ein Motor frißt, desto weniger Leistung hat dieser. Etwa 30%
(lt. Prof. Demuth, 1982) der zugeführten Energie werden in Leistung umgewandelt,
der Rest geht in Abwärme und Verdampfungswärme verloren. Diese Gegebenheiten
kann man auch mit viel Pitch oder Rotordurchmesser nicht ausgleichen. Für die
Praxis bedeutet das folgendes:
wird bei einer Motordrehzahl von 13000 U/min 1 Liter Sprit pro Stunde verflogen
und bei einer Motordrehzahl von 17000 U/min 2 Liter pro Stunde, dann entwickelt
der Motor bei der hohen Drehzahl eine etwa doppelt so hohe Leistung, wenn man
die Zunahme der mechanischen Reibung außer Acht läßt. Ich höre die "belesenen
Theoretiker" an dieser Stelle schon aufschreien - bitte kein Grund zur Panik,
denn es kommt für die Theoretiker unter Euch noch schlimmer. Einem Motor mit
theoretischem Wissen Leistung zu entlocken funktioniert einfach nicht. Die
verfügbare Literatur für Verbrennungsmotoren hört bei den mir bekannten Werken
bei ca. 5000 U/min auf. Es gibt sicher wissenschaftliche Untersuchungen für
höhere Drehzahlbereiche aus dem Motorsport, aber wer veröffentlicht solch
aufwendig ermittelte Ergebnisse? In der Motorentechnik hilft nur eines
"probieren statt studieren". Theorien und Erfahrungen aus dem Großmotorenbau auf
unsere kleinen "Jockels" zu beziehen wirkt nach meinen Erfahrungen ohnehin nur
leistungsmindernd. Bei den Kleinmotorenherstellern wird meiner Meinung nach
sowieso nicht nach Motorleistung gesucht, als vielmehr nach Verkaufsargumenten;
wie sonst entstehen fünf- und acht-Kanal-Spülungen (oder waren es gar neun, na
ja auf einen mehr oder weniger kommt es eh nicht an). Hierzu paßt der Ausruf von
"OTTO" während eines Fußballspiels: ja wo laufen sie denn - ja wo laufen sie
denn hin(die Spülungen)? Ähnliche Meinung habe ich von dem "Langhuber" aus
vergangen Zeiten der F3A-Flieger. Hierzu paßt Theo Lingens Frage nach der
Dampfmaschine; "jetzt stelle we uns mal janz dumm, wat is en Dampfmaschin? En
Dampfmaschin is en große schwarze Loch!" Richtige Langhubermotore gibt es meines
Wissens nach nur noch in Museen, aber nicht in Modellflugzeugen oder
Hubschraubern. Unsere Funkfernsteuerungen (besser Datenüberträger) sind heute
sicherer denn je, aber einen Langhubermotor würde auch in der heutigen Zeit
sicherlich keine Anlage überstehen. Die Laufkultur eines echten
Einzylinder-Langhubers kann man ohne Übertreibung sicher mit dem Lauf einer
Einblattluftschraube ohne Kontergewicht vergleichen. Keine Klebestelle hält
länger als 10 Sekunden, Schrauben haben plötzlich kein Gewinde mehr usw. Stellt
euch solch einen Motor in einem Hubschrauber vor, nach dreimal Hin- und
Herfliegen ist er einfach weg - in seine Bestandteile aufgelöst, einfach
zerlegt! Soviel zur Motortheorie und der Verkaufspolitik der Motorenhersteller.
Während des ersten Probelaufs ist noch nicht so sehr eine Spitzenleistung
gefragt, sondern vielmehr hört man dem Motor zu (selbstverständlich nur mit
Ohrenschützer - nicht gegen die Kälte, sondern gegen den Lärm). Der Motorlauf
kann rund oder unrund sein, das heißt bei Vollgasbetrieb eine schwankende
Drehzahl aufweisen. Ein kurzer Blick auf den Drehzahlmesser zeigt dann den
weiteren Weg. Mit der APC 10x8 sollte der Drehzahlmesser etwa bei 15.000 U/min
stehen, mit der kleineren Latte (bei mir eine TF 8,5x9) etwa bei 17.000 U/min.
Diese Werte sollten und können einen "ambitionierten Drehzahlfreak" jedoch nicht
befriedigen. Für die Ehrgeizigen unter Euch: hier fehlen noch etwa 1000 U/min
bei einer optimalen Einstellung. Eine weitere wichtige Komponente zum Erfolg ist
der Motorklang. Es gibt Motoreinstellungen, bei dem sich der Motor "eisenhart "
oder "butterweich" anhört. Der "eisenharte" Motorklang ist auf jeden Fall der
Schlechtere von Beiden und weist in der Regel auf eine zu hohe Verdichtung hin.
Dieser Motorklang ist noch weit von dem sogenannten "Klingeln" entfernt. Es geht
hierbei nur um die Einstellung des Zündpunktes für eine bestimmte Drehzahl. Bei
den Zweitaktmotoren für unseren Verwendungszweck haben wir es in zweiter Linie
mit dem Prinzip eines Dieselmotors zu tun - das heißt nichts anderes, als daß es
sich hierbei um eine Art Selbstzünder mit einer Zündhilfe (Glühkerze) handelt.
Der Zündzeitpunkt wird nicht nur - wie beim Dieselmotor - durch die Verdichtung,
sondern auch durch den Wärmewert der Glühkerze eingestellt. Je heißer die
Glühkerze, desto früher zündet das Gemisch. Das Verdichtungsverhältnis der bei
uns käuflichen Motore liegt rechnerisch etwa zwischen 10:1 bis 11:1. Bei
Zweitaktmotoren gibt es hier zwei Berechnungsmethoden: die eine setzt das
Hubvolumen (Hub x Bohrung) mit dem Verdichtungsvolumen ins Verhältnis und das
andere setzt das "tatsächliche" oder "nutzbare" Hubvolumen (Hub oberhalb
Auslaßfenster x Bohrung) mit dem Verdichtungsvolumen ins Verhältnis. Dieser Wert
ändert sich dann auch bei unterschiedlichen Auslaßsteuerzeiten des Motors und
liegt etwa in der Größenordnung von 7:1. Ich benutze für meine Berechnungen
immer den vollen Hub des Motors, um eine bessere Vergleichbarkeit bei
unterschiedlichen Steuerzeiten zu haben. Das Verdichtungsvolumen bezieht sich
auf die Kolbenstellung OT (oberer Totpunkt), die die Mathematiker unter Euch
sicher rechnerisch ermitteln. Ich bevorzuge die unkompliziertere Methode - "das
Auslitern". Man nehme eine Insulin-Spritze in der Größe von 1ml und befülle bei
der Kolbenstellung OT und herausgeschraubter Glühkerze den Brennraum durch das
Kerzenloch bis unter Kante Kerzengewinde mit Treibstoff (und befrage einen Arzt
oder Apotheker!). Die eingefüllte Menge beläuft sich bei einem Motor mit etwa
9,95 ccm auf ca. 0,93 ml, was einem Verdichtungsverhältnis von 10,7:1
entspricht. Der Zündzeitpunkt wird also durch die Verdichtung zum einen und
durch den Wärmewert der Glühkerze zum anderen eingestellt. Jetzt kommt sicher
bei einigen unter Euch die Frage nach dem Einfluß des Wetters auf. In unseren
Breitengraden und den von uns geflogenen Drehzahlen, ob Hubschrauber oder
Flächenflieger, ist eine Änderung der Einstellung nur an der Düsennadel vonnöten
und sinnvoll. Die Aussage: heißes Wetter - kalte Kerze und kaltes Wetter- heiße
Kerze macht bei uns keinen Sinn. Meine Erfahrungen reichen hier von -3 Grad
Celsius bis +30 Grad Celsius - ich fliege ausschließlich die Rossi4. Bei einem
zu kalt laufenden Motor im Winter sollte man sämtliche Kühlschlitze mit Tape
zukleben, bevor die Motoreinstellung bezüglich Kerze oder Verdichtung verändert
wird.
Hierbei gilt grundsätzlich:
je höher die Motordrehzahl, desto später muß die Zündung erfolgen und umgekehrt.
Jetzt stellt sich die Frage nach dem was ist zuviel und was ist zuwenig? Ein
Motor mit einer zu hohen Verdichtung hat einen "harten" Lauf, der sich unter
Umständen in verstärkten Vibrationen zeigen kann. Durch die frühe Zündung wird
der Motor quasi am "freien" Laufen gehindert. Im Drosselbereich und beim
Hochlaufen des Rotorsystems bzw. des Propellers, also auch beim Lastwechsel hat
eine hohe Verdichtung Vorteile bis zu einer bestimmten Motordrehzahl. Ab da wird
jegliche Spritzufuhr nur noch in Wärme, aber nicht in Leistung umgewandelt und
der Motor beginnt zu überhitzen, wobei das Gemisch noch früher zündet. Im
Extremfall beginnt der Kolben weich zu werden, bis ein Loch im Kolbenboden den
Motorlauf abrupt beendet. Hier hilft auch nicht die so berühmte
"Kolbenrückholfeder".
Eine zu geringe Verdichtung zeigt sich in einem unrunden Motorlauf durch alle
Drehzahlbereiche mit einem weichen Klang. Der Vergaser beginnt "angeblich zu
spinnen", ist also nur schwer oder gar nicht einstellbar. Der Lastwechsel bzw.
das Hochlaufen des Rotors funktioniert nur unbefriedigend oder gar nicht. Der
Motor hat schlicht weg keine Leistung mehr und kommt somit auch nicht "aus'n
Puschen". Im Extremfall kommt es zum Motorabsteller während des Fluges durch ein
kurzes aber kräftiges "brrrr". Das gleiche "Phänomen" ereilt einen zu kalt
laufenden Motor. Es gilt also den richtigen Zündzeitpunkt durch Einstellen der
Verdichtung und der richtigen Kerzenwahl zu "ertasten". Einen direkten Einfluß
auf die Zündung nimmt auch noch die Brennraumform, die ich hier an dieser Stelle
nicht näher beschreiben werde.
Ich kann in punkto Verdichtung alle OS RX61 - Besitzer beruhigen, sie brauchen
in diese Richtung nicht zu experimentieren. Die Verdichtung des OS in Verbindung
mit einer Rossi 4 Glühkerze funktioniert hervorragend. Bei den Motoren von Rossi
und Novarossi konnte ich die Verdichtung erheblich senken, d.h. ich legte den
Brennraum durch Unterlegscheiben ca. 3/10 mm höher. Durch die Änderun der
Verdichtung kommt man bei einigen Motoren dem Wunschdenken der Hersteller von
2,5 PS/10 ccm schon etwas näher. Aber bitte nicht in Euphorien verfallen, denn
der Weg zu diesen Leistungsangaben ist in der Regel zu lang und ohne massive
Eingriffe in die gesamte Motortechnik nicht zu verwirklichen.
Jetzt habe ich einiges über die Einstellung des Zündzeitpunktes durch die
Verdichtung geschrieben und dabei kommt bei einigen sicher die Frage auf; was
geschieht bei einer falschen Kerzenwahl? Durch meine Erfahrung kann ich sagen,
daß ein Motor durch Veränderung der Rohrlänge und der Verdichtung auf nahezu
jede Kerze abgestimmt werden kann, es gibt jedoch immer eine Glühkerze, mit der
der Motor besonders gute Laufeigenschaften oder Leistungsdaten aufweist. Ich
kann jedoch nicht sagen, daß es diese oder jene Kerze sein muß, um gute
Leistungen zu erhalten. Es ist auf keinen Fall die teuerste Glühkerze auch
gleichzeitig die beste. Die Behauptung von einigen Piloten, diese eine bestimmte
Glühkerze habe eine besonders lange Lebensdauer, würde ich nicht überbewerten,
da die Lebensdauer einer Glühkerze in der Regel von der thermischen wie auch
mechanischen Belastung abhängt. Die thermische Belastung einer Kerze wird
verursacht durch:
- zu hohe Verdichtung und dadurch bedingte Frühzündung bei dem Einsatz einer zu
heißen Kerze
- eine zu magere Vergasereinstellung bedingt durch eine falsche Einstellung oder
durch den Einsatz fehlerhafter oder ungeeigneter Tanksysteme oder deren Bauteile
- unkontrolliertes Zünden des Motors bei Aussetzern durch Spritmangel (z.B.
leerer Tank) oder durch das Ansaugen von aufgeschäumten Sprit (Luftbläschen)
- ein zu kurzes Resonanzrohr
- minderwertiger Motorqualität, bedingt durch falsche Materialien/Legierungen
oder mangelhafter Fertigungsqualität
- eine zu geringe Motorkühlung - weniger im Hubschrauber sondern mehr bei dem
Einsatz in Flächenmodellen mit schlechter oder keiner Kühlluftführung
Vergleicht man die unterschiedlichen Kühlungen der Motoren im Hubschrauber mit
denen in einem vollverkleidetem F3A bzw. Kunstflugmodell und Verbrenner-Car, so
muß ich mich fragen:
wer von den "Dreien" spinnt nun? die Römer - die spinnen ?!
- die "Kaffeemühlen" mit ihren 300 Gramm - Kühlköpfen und den aktiven
Gebläsekühlungen? (Abb.9)
- die "Fernglas-Flieger" mit ihren kleinen Schlitzen direkt hinter einem mehr
oder weniger drehenden "Quirl"?
- oder die "Reifenvernichter" mit Kühlköpfen wie Stelzen, in der Hoffnung in
einer turbulenten Strömung die Wärmeenergie an Sand und sonstige herumfliegende
"Teilchen" abzugeben?
Zu diesem Thema nur so viel: es gibt Modellmotore, die bringen einen "ganzen
Ozean zum kochen", und es gibt auf der anderen Seite Motore, die in der "Sonne
vereisen."
Nun zurück zur Glühkerze; die mechanische Belastung einer Kerze wird beeinflußt
durch:
- Schmutzpartikel im Motor, die angesaugt werden
- Metallteilchen, die auf eine Innenzerstörung des Motors hindeuten
- Schmutzpartikel, die durch den Frischgas-Rücklauf aus dem verschmutzten
Resonanzrohr in den Motor gelangen
- Vibrationen und Schwingungen jeglicher Art; es kommt vor, daß die Modelle "in
Resonanz gehen" anstatt des Motors. In solch einem Fall dient das Modell als
Energievernichter.
Eine mechanisch zerstörte Kerze ist in der Regel an einer verbogenen oder
gebrochenen Glühwendel zu erkennen. Eine thermische Zerstörung hat meistens
schwerwiegendere Folgen als nur eine defekte Kerze. Durch die thermische
Überlastung glüht die Wendel aus und bekommt danach einen grauen Farbton. Bei
weiterem Betrieb zerfällt die Wendel in der Regel in viele kleine Perlen, die
sich im günstigsten Fall auf den Kolbenboden festsetzen; oftmals jedoch beim
Ausspülen durch den Abgasstrom zwischen Kolbenhemd und Laufgarnitur geraten, und
die Zerstörung der Laufgarnitur "unnatürlich" vorantreiben. Nach so einer
mißlungenen Einstellung ist die Laufganitur einschließlich Kolben nicht mehr
gebrauchsfähig - um nicht zu sagen "im Eimer".
Das wichtigste Qualitätsmerkmal einer Glühkerze ist die Abdichtung zum Brennraum
und des Isolators innerhalb der Kerze, sowie die Auswahl der Legierung des
Glühdrahtes und die Qualität des Gewindes.
Jetzt habe ich immer noch nicht geschrieben, welche Kerze für diesen oder jenen
Motor die richtige ist. Es hilft alles nichts, es muß jeder für seinen Motor und
seinen Leistungswunsch die richtige Kerzenwahl selber finden (schlauer Spruch:
Ich gebe euch das Pferd, aber reiten müßt Ihr schon selber!). Ich kann nur
eingrenzend sagen, daß die Auswahl der Kerze heiß bzw. medium sein sollte. Eine
als heiß bezeichnete Kerze der Firma A ist jedoch nicht gleichbedeutend mit
einer heißen Kerze der Firma B. Es gibt meines Wissens für den Wärmewert einer
Kerze keine Normung. Ich habe mal einige Strommessungen mit verschiedenen Kerzen
vorgenommen um den Unterschied zwischen einer heißen und einer kalten Kerze zu
"verdeutlichen". Ich habe die Kerzen mit einem 2 V-Akku ca. 5 Sekunden glühen
lassen und dann die Stromaufnahme abgelesen (dieses war kein wissenschaftlicher
Versuch!)
- Rossi3 2,85 A
- Rossi4 3,10 A
- Rossi5 3,40 A
- Rossi6 4,20 A
- Nelson 3,78 A
- Nelson Glow Bee 4,35 A
- NovaRossi4 3,57 A
- NovaRossiA6 4,15 A
- OS8 3,80 A
Man könnte jetzt meinen, je höher die Stromaufnahme, desto kälter ist die Kerze
und umgekehrt. Ganz so einfach ist es nicht, wobei die Tendenz vorhanden ist.
Vergleicht man die Rossi3 bis 6 trifft dieser Vergleich zu, da die Kerzen den
gleichen Aufbau haben. Vergleicht man jedoch die Rossi6 mit der Nelson Glow Bee,
ist zwar ein Unterschied meßbar, drückt aber nicht die wahre Differenz aus. Wie
in Abb.10 zu sehen ist, handelt es sich bei der Glow Bee um einen völlig anderen
Typ von Kerze. Nach der Messung zu urteilen, ist die Glow Bee nur geringfügig
kälter, aber durch die völlig andere Lage der Glühwendel, handelt es sich
hierbei um eine entschieden kältere Kerze, die ausschließlich bei Rennmotoren
Verwendung findet. Rein meßtechnisch würde die OS8 gut zur Nelson passen oder
sich zwischen der Rossi5 und 6 eingliedern. Weit gefehlt, die OS8 ist kälter als
die Rossi 5 und 6, aber heißer als die Nelson. Die OS8 zeichnet sich durch ein
kurzes Gewinde, großer Bohrung für die Wendel und einer kleinen Wendel aus, was
den feinen Unterschied ausmachen dürfte. Die Novarossi4 paßt vom Laufverhalten
sehr gut zur Rossi4, obwohl die Meßwerte es nicht vermuten lassen. Die Nelson
Kerzen unterscheiden sich zudem noch durch ihre konische Dichtfläche von den
handelsüblichen Kerzen. Von den Glühkerzen darf man keine Wunder erwarten. Jede
Kerze für sich ist ein Unikat in Serie hergestellt und bedarf einer besonderen
Abstimmung im Motor. Primär sollte die Wahl der Kerze von der Verfügbarkeit
abhängen.
Wie wird nun eine Glühkerze X auf den Motor abgestimmt?
Zunächst werden Kopfdichtungen von 3-4/10 Dicke zusätzlich unter den Brennraum
gelegt. Der Brennraum erhält somit einen größeren Abstand zum Kolben in
OT-Stellung (oberer Totpunkt). Nach jedem Testlauf mit erfolgter Drehzahlmessung
wird der Abstand Kolben-Brennraum um 1/10 mm verringert. Ihr werdet feststellen,
daß die maximale Drehzahl sich verändert. Desweiteren muß bei jedem Testlauf das
Motorgeräusch und das Laufverhalten beobachtet werden. Es ist der Kopfabstand
richtig, bei dem der Motor bei Vollgas "rund" läuft und gut Gas annimmt. Nun
gibt es auch Glühkerzen, bei denen eine Veränderung des Kopfabstandes nicht zum
Ziel führt. Diese Kerzen benötigen unter Umständen einen heißeren Motorlauf,
sind somit für "Otto Normalverbraucher" völlig ungeeignet. Da die Motore nach
meinen Erfahrungen in der Regel zu hoch verdichtet sind, muß eine Glühkerze
innerhalb der zusätzlichen Unterlegscheiben-Distanz abzustimmen sein,
andernfalls solltet ihr eine andere Kerze probieren. Von mir getestete Kerzen
sind die Typen Rossi4 - 6, Novarossi4 und OS8. Diese Typen funktionieren auf
jeden Fall. Wie schon beschrieben sind die Besitzer des OS RX-Motores in
Verbindung mit der Rossi4 Glühkerze in einer glücklichen Lage und brauchen sich
mit der Verdichtung und der Kerzenwahl ihres Motor nicht zu beschtätigen, es sei
denn sie wollen unbedingt die von Graupner empfohlene Kerze OS8 einsetzen. Ich
bin mit der OS8 zu keinem optimalen Ergebnis gekommen, muß allerdings
eingestehen, daß ich keinen Treibstoff mit dem empfohlenen Nitro-Anteil von 5%
benutze. Mit Nitromethan kann das Laufverhalten und die Leistung eines Motors
beeinflußt werden, ist aber unter anderem, wegen des hohen Preises für den
Normalflieger indiskutabel. Auf dem deutschen Markt soll es ja immer noch Motore
geben, die ohne Nitro keine Laufkultur haben. Die einfachste Methode einen Motor
ohne Nitro zu betreiben, ist diese Typen nicht zu kaufen. Motore, ob 2-Takter
oder 4-Takter, Ein- oder Mehrzylinder müssen ohne Nitro betrieben werden können,
sonst sind diese Typen das Geld einfach nicht wert. Die Aussage: "viel Nitro
kühlt gut" kann ich nicht akzeptieren. Was soll denn gekühlt werden; etwa ein
schlecht eingestellter Motor oder was? Für mich zählt das Ergebnis, und das kann
sich bei den von mir eingestellten Motoren auch ohne Nitro sehen lassen.
An dieser Stelle angekommen sind bei einigen von euch sicherlich schon ein
ganzer Sack voll Fragen aufgelaufen, die ich gerne hören würde. Wie zuvor schon
erwähnt, ist es unheimlich schwierig, das Thema Motorabstimmung als Monolog
abzuhandeln. Ich bin mir nicht sicher, ob ich das Thema allgemein verständlich
beschrieben habe. Deshalb bitte ich um Euere schriftlichen Reaktionen.
Ich werde nun auf das sicher von vielen schon herbeigesehnte Thema der
Resonanzrohr-Abstimmung eingehen. Über die Funktion und Wirkungsweise von
Resonanzrohren ist in der Vergangenheit schon sehr viel geschrieben worden und
muß nicht neu erfunden werden. Das Wort "Resonanz" kommt aus dem Lateinischen
und heißt so viel wie "Mitschwingen" oder "Zurückschwingen". Einen 2-Takt-Motor
muß man sich als Strömungsmaschine vorstellen. Es entsteht eine Gasschwingung im
Vergaser bis zum Kurbelwellengehäuse. Die nächste Schwingung erfolgt im
Kurbelwellengehäuse über die Überströmkanäle bis zum Kolbenhemd. Im
Verbrennungsraum selber ist mir keine Schwingung bekannt. Als letztes Teil in
dieser Schwingungskette liegt das Resonanzrohr. Jede dieser Schwingungen wird
von der anderen beeinflußt, positiv oder negativ. Entscheidend für die
Abstimmung der Schwingungen untereinander sind die Querschnitte und die Längen
der einzelnen Komponenten. Je kürzer diese Komponenten, desto kurzwelliger die
Schwingungen und umgekehrt. Beim Querschnitt gilt: je größer, desto länger ist
die Schwingung. Dieser gesamte Schwingungs-Salat muß auf die angestrebte
Motordrehzahl abgestimmt werden. Das geht also nicht mal eben so, sondern
erfordert sehr viel Geschick und Erfahrung. Die von uns veränderbaren
Schwingungen sind die des Resonanzrohres und des Vergasers durch Länge und
Querschnitt bzw. Volumen. Die Schwingungen im Motor/Kurbelgehäuse werden von den
Konstrukteuren bewußt oder unbewußt vorgegeben und sind von uns nicht ohne
Weiteres veränderbar. Hierbei hilft auch nicht das so oft empfohlene Polieren
von Kurbelwelle und Überströmkanäle. Wie bei einigen Tragflächenprofielen, so
ist es unter Umständen auch im Motor von Vorteil eine turbulente Strömung durch
poröse oder rauhe Oberflächen zu haben. Die Summe aller Schwingungen während
eines Arbeitsprozesses beeinflussen die Leistung eines Motors mehr als z.B. eine
veränderte Steuerzeit. So kann man durch die Veränderung der gesamten
Strmungslänge vom Vergaseranfang bis zum Resonanzrohrende das Drehmoment eines
Motors in einem bestimmten Drehzahlbereich erheblich beeinflussen. Hierdurch
wird deutlich, wie wenig Aussagekraft Leistungs- und Drehmomentdiagramme bei
Motortestberichten haben. Jeder Motortyp ist ein Unikat und verlangt nach einer
eigenen Abstimmung.
Für mein Beispiel habe ich das stark verbreitete Hatori-Rohr genommen (Abb11).
Es hat durch seine Alulegierung einen relativ weichen Klang, und wird
wahrscheinlich daher von vielen Piloten bevorzugt. Der Preis könnte kein
Kaufargument sein, eher schon die Leistungsausbeute bei optimaler Abstimmung in
einem engen Drehzahlbereich. Die maximale Leistung eines Prallplatten-Rohres
liegt etwas höher als die eines Konus-Rohres, wobei das letzt genannte System
einen breiteren Leistungsbereich hat und daher von mir persönlich bevorzugt
wird. Resorohre mit Gegenkonus sind in der Regel in der Handhabung
unkomplizierter. Entscheidend für die Qualität eines Resonanzrohres ist ganz
einfach nur die zu erzielende Leistung; je mehr, desto besser - in einem
möglichst breiten Drehzahlbereich. Das Dämpferteil darf hierbei keinen Einfluß
auf die Leistung nehmen, sonder dient lediglich der Geräuschminderung. Bei den
käuflichen Rohren ist das jedoch nicht immer der Fall. Die Dämpferteile erhöhen,
bei den mir bekannten Typen, den Innenwiderstand erheblich und beeinflussen
somit auch die Leistung durch die Temperaturanhebung des gesamten Systems. Das
kuriose hierbei ist, daß bei heißer werdenden Abgasen der Lärmpegel beim
verlassen des Systems ansteigt.
Wodurch wird nun die Leistung eines Resonanzrohres beeinflußt? Es ist so
ziemlich alles, was man sich vorstellen kann, außer der Optik. Es fängt an mit
dem Einlaßquerschnitt, der zwischen 18 und 19 mm liegen sollte, setzt sich über
den Diffusorwinkel mit der Länge des zylindrischen Stückes bis hin zur
Prallplatte fort. Der Winkel vom Gegenkonus (nicht bei Rohren mit einer
Prallplatte) beeinflußt außerdem noch die nutzbare Bandbreite eines
Resonanzrohres. Das Endrohr mit übergestülptem Silikonbogen liegt in der Regel
außerhalb der leistungsbeeinflussenden Komponenten, darf aber den
Innenwiderstand des Rohres nicht vergrößern. Je länger der Silikonschlauch, um
so größer muß dessen Durchmesser sein um eine unnötige Temperaturanhebung des
gesamten Systems zu vermeiden. Das Material der Rohre spielt für die
Leistungsausbeute keine Rolle, beeinflußt allerdings den Klang erheblich. Die
Leistungsdichte der käuflichen Resonanzrohr-Systeme -wenn sie denn gut
abgestimmt sind- ist heute so eng, daß ein "Normalflieger" die Unterschiede in
seinem Flieger nicht bemerken wird. Den Unterschied zwischen einem gut und einem
schlecht abgestimmten Resonanzrohr wird auch der "Normalflieger" feststellen
können und daher lohnt sich eine sorgfältige Abstimmung auf seine Belange in
jedem Fall. Es steigt nicht nur die Leistung, sondern es sinkt zudem der
Spritverbrauch durch den verbesserten Wirkungsgrad. Jeder von euch wird
feststellen, daß ein gut abgestimmter Motor entschieden kühler läuft. Die
Ursache für dieses Phänomen liegt einfach in der verbesserten Spülung des
Motorgehäuses incl. Brennraum. In dem Moment, wo verbrannte Abgase zurück in das
Kurbelgehäuse gedrückt werden, heizt sich der Motor selber in sich auf. Diese
"Energievernichtung" wird bei einigen Motorherstellern mit riesigen Kühlköpfen
und stark verrippten Kurbelgehääusen bekämpft - der Erfolg läßt mit Sicherheit
auf sich warten. Der Sinn dieser Rippen kann nur in der Gehäuseaussteifung
liegen. Durch eine gute Abstimmung wird der Motor so gut gespült und dadurch
geküühlt, daß selbst die meisten der 5 oder 8 Spülkanäle sich "überflüssig"
vorkommen. In meinem letzten Wettbewerbsjahr habe ich Rennen bestritten, bei
denen mein Motor keinerlei Außenkählung erhalten hat. Er wurde nur durch seine
Spülung gekühlt, und das bei ca. 29.000 U/min. Hierdurch wird deutlich, wie
entscheidend eine gute und sorgsam durchgeführte Motorabstimmung sein kann.
Mein Versuch die Resonanzrohrlänge rechnerisch zu ermitteln, ist vor Jahren
schon gescheitert, und die altbewährte Methode "probieren statt studieren"
wieder aufgenommen worden. Die theoretische Resonanzrohrlänge ist für eine gute
Grundeinstellung brauchbar, aber für die bedarfsgerechte Feinabstimmung nicht
geeignet. Wie schon erwähnt, gibt es Motore, die heißer bzw. kühler laufen als
ihre Mitbewerber. Um auf diese Eigenart eingehen zu können, muß das Resonanzrohr
durch Versuche abgestimmt werden. Das Abgasvolumen eines heiß-laufenden Motors
ist beträchtlich größer als das eines kalt-laufenden Motors. Dieses vergrößerte
Volumen kann nur durch mehr Volumen in der Abgasanlage aufgenommen werden. Die
eine Möglichkeit besteht - bei gleicher Rohrlönge - in einem größeren Rohr und
die in der Praxis unbewußt genutzte Möglichkeit der Verlängerung des vorhandenen
Resonanzrohres. Wie kann man nun feststellen, ob das Abgasvolumen zu groß, das
Rohr zu klein, zu groß, zu kurz oder zu lang ist? Eines kann ich vorweg sagen;
an der stärke der Rauchfahne erkennt man es nicht. Ein Motor kann glühen und
trotzdem eine Rauchfahne haben. Ein zu großes oder zu langes Resonanzrohr
verbraucht unverhältnismäßig viel Treibstoff bei einer geringen Leistungsabgabe
des Motors. Die Spülung funktioniert nicht so wie sie könnte; ein großer Teil
des angesaugten Gemisches verschwindet unverbrannt durch den "Auspuff". Man
könnte auch sagen, daß der Motor ein schlechter Futterverwerter ist. Rein
wirtschaftlich gesehen, ist ein schlecht abgestimmter 61er Motor einfach zu
teuer. Zum einen im Unterhalt durch den großen Durst, und zum anderen durch die
hohen Anschaffungskosten, denn ein gut abgestimmter 40er Motor hätte in diesem
Fall auch gereicht. Das oft gehörte Argument der Haltbarkeit des Motors kann ich
nicht teilen. Ein schlecht abgestimmter Motor wird ständig mit Vollgas
betrieben, wohin ein gut abgestimmter Motor die gleiche Leistung unter Umständen
schon mit Halbgas erreicht. Die Leistungsabgabe ist bei dieser Vergaserstellung
bei beiden Motoren gleich, und nur die zählt.
Wie zuvor erwähnt, beginne ich meine Versuche mit einer Rohrlänge von 38 cm -
gemessen zwischen Motorflansch und Resonanzrohr-Prallplatte. Eine Rohrlänge von
38 - 42 cm ist in der Hubi-Szene wohl die gebräuchlichste und für den Beginn der
Versuche gut geeignet, um die Veränderungen des Laufverhaltens und der
Einstellbarkeit zu verdeutlichen. Durch das Verkürzen des Rohres, besser währe
der Krümme, erhöht sich der Abgasdruck im Rohr und somit auch im Tank
(Druckaufschlag). Die Folge ist ein verbessertes Einspritzen im Vergaser bei
Motorlastwechsel. Durch den erhöhten Druck werdet ihr feststellen, daß die
Hauptdüsennadel immer weiter zugedreht werden muß, um ein Überfetten des Motors
zu unterbinden. Das schnellere Regelverhalten des Vergasers ist ein schöner
Nebeneffekt, aber bei der Leistungszunahme fangen die Augen der
Motorspezialisten erst richtig an zu leuchten. Durch den verkürzten Abstand
zwischen Motor und Prallplatte hat die Abgasschwingung einen kürzeren Weg
zurückzulegen und kann ihre Arbeit somit schneller verrichten. Mit der Arbeit
meine ich; den Grad der Füllung im Brennraum zu erhöhen. In das Abgassystem
gespülte und unverbrannte Frischgase werden je nach Rohrlänge mehr oder weniger
zurücklaufen und dadurch den Füllungsgrad und die damit verbundene Verdichtung
des Motors erhöhen.
Das Limit der kurzen Rohrlänge ist erreicht, wenn verbrannte Gase zurück in den
Motor gelangen. Bei meinen Versuchsbedingungen liegt diese kritische Rohrlänge
etwa bei 33 cm. Um Unregelmäßigkeiten zu verhindern (z.B. durch
Wetterbedingungen) stelle ich mein Hatori-Rohr auf eine Länge von 34,5 cm ein
(Abb.12). Bei dieser Rohrlänge angekommen, werdet ihr von dem Ansprechverhalten
des Motors begeistert sein und ihn kaum wiedererkennen. Bei den Versuchen der
Rohrabstimmung dürfen, wie schon erwähnt, keine Kompromisse eingegangen werden:
- das Rohr muß vor Verrutschen gesichert werden
- das Rohr niemals während des Motorlaufs verschieben
- die Rohrkürzung in kleinen Schritten (0,5 cm) vornehmen, um die kritische
Länge nicht zu verfehlen
- nach jedem Lauf den Motor abkühlen lassen
- den Motor immer von der fetten zur mageren Seite einregeln
Bei dieser vermeintlich zu kurzen Rohrlänge beginnt der Resonanzbereich etwa bei
12500 U/min. Für die vorgegebene Schwebedrehzahl meines Beispiels bedeutet das,
daß der Motor unter Rotorlast bei einer Drehzahl von 1450U/min außerhalb der
Resonanz läuft. Das Vergaserküken wird für diesen Flugzustand bedeutend weiter
geöffnet, da die Motorleistung außerhalb der Resonanz erheblich niedriger liegt
als im Resonanzbetrieb. Das Ansprechverhalten wird unkomplizierter und durch die
geringe Leistungsabgabe läuft der Motor äußerst kühl und ruhig. Den übergroßen
Kühlkopf könnte man für diesen Flugzustand ohne Bedenken abschrauben. Das
Resonanzrohr dient hierbei lediglich als Expansionskammer. Für die hohe
Rotordrehzahl von 1850 U/min und einer Motordrehzahl in meinem Beispiel von
16650 U/min hat der Motor für diese kurze Rohrlänge ein „äußerst unkompliziertes
Laufverhalten und den notwendigen "Bums" für extreme Flugmanöver. Die
Resonanzbreite des Hatori-Rohres reicht für Kopfdrehzahlen von 1700 U/min bis
1900 U/min bzw. Motordrehzahlen von 15300 U/min bis 17100 U/min.
Was geschieht nun bei zu kurz oder zu lang abgestimmten Resonanzrohren und was
bedeutet das in der Praxis? Ich beginne mal mit der, auf den Flugplätzen am
häufigsten vorzufindenen, viel zu langen Resonanzrohrabstimmung. Die Rohrlängen
reichen bis zu 45 cm! Woher diese Abstimmungen stammen, und aus welchen Gründen
diese dann von den Piloten übernommen werden, ist schon haarsträubend und
entbehrt jeder Grundlage. Ich bekomme dann Antworten wie: "Ich nutze die zweite
Resonanzwelle" oder "Mein Motor läuft viel zu heiß" oder "Mein Motor klingelt"
oder "Ich muß sonst zweimal im Jahr die Kerze wechseln"! Ähnliche Antworten
könnte ich noch einige aufzählen. Eines ist bei einer solchen Rohrlänge sicher:
das so oft geforderte und zitierte Motordrehmoment bekommt man auf diese Weise
nicht. Woher soll die Leistung auch kommen, wenn der größte Teil des
energiebringenden Gasgemisches ungenutzt den Auspuff verläßt. Ein hohes
Drehmoment bekommt man nur durch einen hohen Füllungsgrad und einer angepassten
Verdichtung. Je höher die Verdichtung, desto höher ist das Drehmoment bei einer
ganz bestimmten Motordrehzahl. Zunächst benötigt man eine möglichst optimale
Füllung des Zylinders durch einen guten Ansaugtrakt und im Folgenden muß
verhindert werden, daß diese Mischung den Brennraum ungenutzt wieder verläßt.
Auf diesen optimalen Füllungsgrad stelle ich nun die Verdichtung für meine
gewünschte Drehzahl ein, um ein maximales Drehmoment bei möglichst maximaler
Leistung zu erhalten. Dieses alles funktioniert jedoch nicht mit einem viel zu
lang abgestimmten Resonanzrohr. Ich muß gestehen, daß ich diese überlangen
Abstimmungen niemals probiert habe, aber ich sehe die Leistungsausbeute bei den
betreffenden Fliegern, und die ist mehr als dürftig. Das bissige
Ansprechverhalten des Motors fehlt bei diesen Rohrlängen ebenso wie das sparsame
Haushalten mit dem Treibstoff.
Ganz anders sieht die Motorreaktion bei einem zu kurz abgestimmten Resonanzrohr
aus. Bei einem zu kurzen Rohr gelangen verbrannte Abgase zurück in den Zylinder
und weiter bis in das Kurbelgehäuse. Die Folge ist ein total überhitzter Motor
mit eventuellen Lagerschäden, ausgeglühte und zerbröselte Kerzen mit den
entsprechenden Schäden an den beweglichen Teilen, sowie sich lösende Kupplungen
durch die hohen Temperaturdifferenzen. Man könnte sagen: eine einzige
Katastrophe für Mensch, Material und Geldbeutel! Angezeigt wird die Überhitzung
durch ein kontinuierliches Abmagern des Motors bis zum Stillstand. Um dieses
Abmagern richtig zu deuten, ist es sehr wichtig ein optimales Tanksystem (z.B.
mein UNIT) eingebaut zu haben. Zu häufig wird das Abmagern auf ein zu kurzes
Rohr geschoben, wobei der Tank mit abnehmenden Spritspiegel der Übeltäter ist.
Das wäre vielleicht der Grund für die viel zu langen Abstimmungen?!
Ich denke, für die nächste Zeit habe ich den Motorfreaks genügend
Diskussionsstoff geliefert. Eines solltet ihr jedoch beherzigen: vom Diskutieren
ist noch kein Motor heiß gelaufen! Dieser Bericht fundiert auf hunderte von
Stunden Prüfstandversuchen und über hundert Wettbewerbserfahrungen mit
Rennmotoren. Er stellt somit nur einen kleinen Teil meiner Erfahrungen dar.
Alles niederzuschreiben würde wahrscheinlich ein ganzes Buch füllen, und wer
will das schon lesen? Eines haben Rennmotoren mit allen anderen Motoren gemein:
Input mal Wirkungsgrad ergibt die nutzbare Energie, und die läßt bei vielen
Motoren unnötigerweise zu wünschen übrig. Der Grund hierfür liegt meines
Erachtens darin, daß die Motorhersteller dem Modellflieger nichts anderes zur
Hand geben als einen Klumpen Metall, mit der großspurigen Bemerkung, daß die
Garantie erlischt, wenn der Motor geöffnet wird. So etwas erinnert mich an die
Wundertüten aus meiner Kindheit: Vorsicht - Überraschung beim öffnen! Außerdem
ist es für den Vertreiber japanischer Motoren (der Größte auf diesem Sektor)
beschämend, uns immer noch Vergaser anzubieten, die für unsere
Treibstoffmischungen völlig ungeeignet sind und den Verdruß der Modellflieger
auf Verbrennungsmotoren weiter hochtreibt. Diese kleinen Triebwerke sind doch
allemal besser zu verstehen als wir Menschen.
Rietberg im März 1997
|
