Flugmodellmotoren

Inhaltsverzeichnis

1.  Was sind Modellmotoren?  

1.1  Elektroantriebe  

1.2  Raketenantriebe  

1.3  Pulso-Strahltriebwerke („Schmidt Argus Rohr“)  

1.3.1  Das Prinzip (Laufendes Triebwerk)  

1.3.2  Die Leistung  

1.4  Die Strahlturbine  

1.5  Kolbenmotoren  

1.6  Kreiskolbenmotoren  

2.  Hubkolbenmotoren  

2.1  Allgemeine Diskussion  

2.2  Motorengröße (Hubraum)  

2.3  Hub - Bohrungsverhältnis  

2.4  Kolbengeschwindigkeit  

2.5  Das Pleuel  

2.6  Das Verdichtungsverhältnis  

2.7  Kolben und Laufbuchse  

2.8  Die Kühlung  

2.9  Gemischbildung  

2.10  Gaswechsel  

2.11  Glühkerzen  

3.  Schlussbetrachtung  

4.  Literaturverzeichnis  

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1. Was sind Modellmotoren ?

Vom Spielkram, Spielzeug, Showobjekt, Entwicklungs- Testmuster, Funktionsmodell, Freizeit- Hobby bis Hochleistungsantriebe diverser Modellsportarten u.v.m. reichen die allgemeinen Definitionen.

Sie können z.B. als Gasdruckmaschinen, Elektromaschinen, Verbrennungskraftmaschinen u.s.w. ausgeführt seien.

Traditionelle Einsatzgebiete im Modellsport sind z.B. Eisenbahn- Schiff- Auto- Flugmodelle. Entsprechend des Einsatzes finden verschiedenste Antriebssysteme in vielfältigsten Bauformen und unzähligen Spezifikationen Anwendung. Gerade durch die Modellbaupraxis und im Besonderen durch den Modellsport hochentwickelte, für unterschiedlichste Anwendungen spezialisierte Antriebssysteme heraus kristallisiert.

Flugmodellmotoren sind dabei keine eigene Disziplin, sondern stehen in enger Verbindung aller Modellsportarten. Interessant ist vielleicht nur, dass besonders im Flugmodellsport sich das breiteste Spektrum an Antriebssystemen wiederfinden lässt.

1.1

Elektroantriebe haben gerade in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Qualität, Leistung, Wirkungsgrad u.s.w. von entsprechenden Elektromotoren konnte enorm verbessert werden. Möglich wird dieses wiederum (natürlich) nur mit der Verfügbarkeit leistungsstarker Speichermedien (Akkutechnik).

1.2

Raketenantriebe bleiben wenigen Spezialisten für den Raketenmodellsport vorbehalten. Zur Anwendung kommen industrielle gefertigte Triebsätze unterschiedlicher Leistung (Schubkraft, Brenndauer, Eigengewicht u.s.w.). Sicherheitsprobleme setzen

Eigenentwicklungen enge Grenzen.

1.3

Pulso- Stahltriebwerke („Schmidt Argus Rohr“) bleiben bestimmt auch nur für wenige Liebhaber und Spezialisten extravaganter Antriebe von Flugmodellen vorbehalten. Entwickelt und eingesetzt als Antriebssystem des Waffensystems „V“ im 2. Weltkrieg, (Heute ohne Bedeutung)

Anlassen durch Ein- oder Anblasen und Zünden verschiedener Art!

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1.3.1

Das Prinzip (laufendes Triebwerk): In einem Rohr definierter Länge, Durchmesser, Formbefindet sich ein Ventil. Hierdurch gelangt das Kraftstoff- Luftgemisch in den Brennraum und entzündet sich. (heiße Restgase, glühende Brennkammer) Der Verbrennungsdruck schließt das Ventil, und die Verbrennungsgase strömen mit hohem Druck und durch die Form (Venturieffekt) hoher Geschwindigkeit durch das Ausstoßrohr ab. Hierdurch wird im Brennraum ein Unterdruck erzeugt, wodurch über das Flatterventil erneut frisches Gemisch gelangt. Entscheidend ist also die Schwingung der Gassäule im Rohr, die besonders durch die geometrischen Verhältnisse bestimmt und erst möglich wird. Es ist zu erkennen, dass nur eine nahezu konstante (geringe Änderung der Schallgeschwindigkeit durch Druck- und Temperatureinflüsse) Zündfrequenz möglich ist. Ausgeführte Modell- Pulso- Strahltriebwerke arbeiten je nach Baugröße mit ca. 200-300 Zündungen/Sekunde. Der dabei entstehende sonore Schallpegel kann Werte weit jenseits 120db erreichen.

1.3.2

Die Leistung (Schub) variiert beträchtlich. Es verwundert auch nicht, dass der Standschub relativ gering ist. (Es wird ein fast unkomprimiertes Gemisch zur Zündung gebracht) Modelle dieser Art werden darum mit Startvorrichtungen (Katapult) gestartet. Hierdurch wird ein gewisser Staudruck am Lufteinlass und somit eine Leistungssteigerung erreicht und somit das Leistungsdefizit in dieser Phase überbrückt. Erst einmal in der Luft kommt es dann schell zu einer enormen Leistungsentfaltung, denn jeder Geschwindigkeitszuwachs bedeutet höheren Staudruck am Lufteinlass, mehr Luft- Kraftstoffgemisch im Brennraum, mehr Leistung. Geschwindigkeiten ü ber 400km/h => 111 m/s und eine beeindruckende Geräuschkulisse sind Ausdruck dieser Leistung. Bleibt die Frage der Beherrschbarkeit aus technischer wie auch mentaler Sicht, denn Entscheidungsspielräume bleiben für den RC-Piloten mit Fluglagensichtweiten von ca. re. 500m + li. 500m nicht mehr.

1.4

Die Strahlturbine als Antriebssystem hat lange gebraucht um als Modellantrieb „Serienreife“ zu erlangen. Probleme wie Funktion und Konstruktion, Material, Festigkeit, Temperatur, Drehzahl, Lager, Schwingungen sind einige der Hürden. Kleinserienprodukte haben aber Ihren Preis.

Als Einsatzgebiet ist der vorbildgetreue Nachbau von „Düsenjets“ prädestiniert. So können die bisher als recht gute Notlösung verwendeten Impellermotoren bei Bedarf als Turbine konzipiert und Ausgeführt werden.

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Leistung, Regelbarkeit, Zuverlässigkeit, Geräuschentwicklung u.ä. versprechen zunehmend gute Einsatzmöglichkeiten.

1.5 Kolbenmotoren

Verbrennungskraftmaschinen in Form von Kolbenmotoren werden in den verschiedensten Formen hergestellt. Neben den fast schon als traditionell zu bezeichnenden Otto- und Dieselmotoren (Hubkolbenmotoren) sind mit allerdings geringerer Bedeutung die Rotationskolbenmotoren in Form von Kreiskolbenmotoren „System Wankel“ zu nennen.

1.6 Der Kreiskolbenmotor (KKM)

Schon in frühen Entwicklungsstadien der Hubkolbenmotoren ging es um die ständige Verbesserung der Effektivität (Leistung, Baugröße, Gewicht, Verbrauch, Lebensdauer Akzeptanz u.s.w.) . Als ein gravierendes Übel wurden die Bewegung der Massen von Kurbeltrieb - Kolben, positive und negative Beschleunigung wehrend jeder Umdrehung, erkannt.

Nach langen Entwicklungsarbeiten stellte (Dr. Felix Wankel) in den fünfziger Jahren den Drehkolbenmotor (DKM) vor. Mit der Weiterentwicklung entstand durch kinematische Umdrehung des Drehkolbenmotors der Kreiskolbenmotor. Hierbei steht das

Epitrochoidengehäuse still und der Rotor bewegt sich exzentrisch im Gehäuse. Mit dieser Konstruktion wurde das Problem energievernichtenden Massebewegung innerhalb des Motors gelöst. Weiterhin wird es möglich einen fast optimalen Massenausgleich zu schaffen. Die bewegten Bauteile behalten auch im Betriebszustand ihre geometrische Form und Massenverteilungen. Die Krafterzeugung geschieht praktisch in einer Gleichförmigen Drehbewegung. Somit kann mit Ausgleichmassen eine bis hierher nicht erreichte Laufruhe (Abbau von Schwingungen) realisiert werden.

Leider konnte der Wankelmotor die erhofften kommerziellen Erfolge nicht erreichen. Entwicklungen gab es zwar von diversen Firmen, aber aus den unterschiedlichsten Gegebenheiten, meist nur mit Unzureichender Konsequenz.

Obwohl technische und technologische Probleme z.B. der Abdichtung, thermische Probleme, Kühlung, Schmierung u.s.w. weitestgehend beherrschbar wurden, konnte sich diese Motorentechnologie nur wenige Geschäftsfelder erschließen und nur in speziellen Fällen über Testserien und Kleinserien hinaus kommen.

Dies gilt auch für den Modellmotorenbereich, so gibt es auch hier nur wenige Fabrikate und Ausführungen. Die Qualität dieser steht der Konkurrenz der Hubkolbenmotore kaum nach. Bestechen schon Einscheiben- KKM durch ihre Laufruhe, steigert sich dieses bei

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Mehrscheiben- KKM zur turbinenartigen Laufruhe. Was wünscht sich z.B. ein RC- Pilot für sein Modell und die darin enthaltene Elektronik mehr !

2. Hubkolbenmotore

In Verbindung mit dem Seminar wird in dieser Arbeit der Schwerpunkt auf die Hubkolbenmotoren, in der Regel Glühzündermotoren, gelegt.

2.1 Allgemeine Diskussion

Obwohl sich z.B. im Modellflug Elektroantriebe in den letzten Jahren ein breites Anwendungsfeld erschlossen haben, Pulso- getriebene Modelle Geschwindigkeiten bis an die Leistungsfähigkeitsgrenze der RC- Piloten erreichen, Strahlturbinen andere Möglichkeiten eröffnen, behaupten die Hubkolbenmotoren ihren festen Platz im Modellbau und speziell im Modellflug.

Die Vielfalt d.h. fast jede Motorengröße, Bauart, Bauform, Leistung, Qualität ist hier wohl der Schlüssel zum Erfolg.

2.2 Motorengrößen (Hubraum)

Im aktuellen Modellflug kommen Motoren mit einem Hubraum von ca. 0,3 bis über 200 cm³ zu Einsatz. Die steigenden Möglichkeiten und Mittel bringt immer neue, größere Modelle und somit auch die erforderlichen Motoren hervor.

So wurden noch vor wenigen Jahren Motoren mit 10cm³ zu den „Grossen“ gezählt und z.B. für die Klasse F3A (Kunstflug) zu echten Spitzenmotoren entwickelt. Enorme Leistungen in Verbindung extremer Drehzahlen werden aus Motoren für Rennklassen (Flug, Boot ,Auto) mit 2,5 / 3,5 / 6,5 / 15 cm³ gewonnen. Beim Anblick dieser Motoren fällt auch dem Laien die Bezeichnung „Modellmotor“ nicht schwer.

Anders in der Oberklasse der „Modellmotoren“. Hubräume bis über 200 cm³ in den verschiedensten Konfigurationen lassen so manchen Moped- und Kleinkraftradbesitzer ungläubig aussehen.

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