Der kleine Rennmotor

Es war einmal ein kleiner Rennmotor....und wenn er nicht abgekocht ist, lebt er noch heute.

Spaß beiseite. Ich habe mir überlegt hier mal eine kleine Wissenssammlung zu erstellen. Konkret soll es um Methanol-betriebene Zweitakt-Hubkolben-Glühzündermotoren bis ca. 15cm³ Hubraum gehen welche für eine hohe Drehzahl gebaut wurden. Dabei sollen eigentlich selbstverständliche Sachen genau so abgehandelt werden wie ziemlich abgefahrenes Zeug was sehr ins Detail geht. Aber versprochen: Alles ohne Fachchinesisch!

Was genau zu welcher Zeit online gehen wird hängt a) von meiner Zeit ab und b) was für ein Thema mir gerade im Kopf rum spukt.

Zwei Bitten habe ich vorab. Zum einen sind Menschen fehlbar und ich erst recht. Wenn ich irgendwo Unsinn schreibe last es mich wissen. Das führt mich zur zweiten Bitte: Ich möchte das Ganze schön kompakt und zusammen halten. Wenn Ihr Kritik, Fragen, Anregungen oder dergleichen mehr habt---> bitte nicht diesen Thread zerlabern sondern mir eine PN schicken oder eine Thread "Der kleine Rennmotor - Fragen und Diskussionen" eröffnen.

Warum das Ganze?

Man kann es nicht anders sagen, aber die Modellglühzünder sterben aus. Alles was früher mit Methanolern -in Ermangelung von Alternativen- betrieben werden musste, kann heute deutlich ökonomischer und komfortabler mit Elektroantrieb geflogen werden. Immer schärfer werden Chemikalienverordnungen sorgen dann noch dafür das man fast nicht mal an den (chemisch) einfachsten Alkohol kommt. Traurig aber war. An dieser Stelle einen schönen Gruß nach Berlin und Brüssel.

Auf den Punkt gebracht: Methanoler benutzt man nur noch weil man persönlichen Spaß dran hat.

Zu Dumm nur das es recht wenig Leute gibt die sich für das Rumgeöle begeistern können. Noch viel weniger Leute beschäftigen sich mit der Motorentechnik. Wenn es dann an den Rennbetrieb oder das Tuning geht wird es ganz dünn. Das führt unweigerlich dazu, dass das Fachwissen -früher auf jedem Platz allgegenwärtig- langsam aber sicher verloren geht.

Genau hier setzt dieses Thema an. Es richtet sich an all diejenigen die gerne mal "den ollen Impellermotor" oder "den verharzten Webra Speedy" wiederbeleben möchten. Auch wer vor einem Speedmotor sitzt, eine große Wolke Fragezeichen über dem Haaransatz schweben hat wird hier sicher fündig werden. Denn über eines müssen wir uns hier direkt mal im klaren sein:

Je hochgezüchteter ein Motor ist, desto empfindlicher wird er auf Fehlanpassungen und desto mehr Wartung und Pflege braucht er.

Dann reden wir mal über den

Grundaufbau eines Rennmotors


Nelson Q500 SS im Schnitt

Die allgemeine Funktionsweise eines Zweitakters setze ich als bekannt voraus. Wenn nicht ---> Nacharbeiten

Nahezu alle Methanol Modellrennmotoren (Pylon, Speed, Impeller uvm.) sind einzylindrige, luftgekühlte, drehschiebergesteuerte, umkehrgespülte Glühzünder mit Resonanzaufladung. Wow, soviele 180g Wörter in einem Satz. Dröseln wir mal auf:


- Einzylindrig: Ja nee, das erklär ich nicht, nee, wirklich nicht

- Luftgekühlt: Auch das nicht....

- Drehschiebergesteuert: Ah jetzt ja. Bei kleinen Zweitaktmotoren sind im wesentlichen drei Bauarten verbreitet wie das Frischgas in den Motor gelangt und auch wieder zur richtigen Seite verlässt. Da hätten wir die Membransteuerung. Verbreitet vom Rasentrimmer bis zur Motocrossmaschine. Als nächstes wäre da die Kolbenkantensteuerung. Eher bei sehr einfachen, kleinen Motoren zu finden. Man benutzt den eh schon vorhandenen Kolben einfach auch zu Einlasssteuerung. Damit kommen wir zum Drehschieber. Hierbei dreht sich ein Bauteil (Drehschieber) mit einer Aussparung gegen ein anderes Bauteil mit einer eben solchen Aussparung. Stehen die Aussparungen übereinander ist der Gasfluss gewährt. Schieben (Drehschieber)sich die Kanten übereinander ist irgendwann der Gasfluss unterbrochen. Bauarten von Drehschiebern sind mannigfaltig: Zimmermanndrehschieber, Kurbelwellendrehschieber, Rohrdrehschieber, Glockendrehschieber usw. Das wird aber sicher ein eigenes Kapitel.

- Umkehrgespült: Ist der Kolben im unteren Totpunkt angekommen, müssen die Abgase aus dem Zylinder und Frischgas in den Zylinder gelangen. Diesen Vorgang nennt man Spülung. Es leuchtet ein, dass dieser Vorgang "etwas" komplexer ist als hier geschrieben. Die Gase müssen gelenkt werden. Nun wurde es früher als gute Idee angesehen die Strömung mit Leitplanken durch den Zylinder zu führen. Der Fachmann nennt das dann Nasenkolben. Das das nicht der Weisheit letzer Schluss sein kann hat unter anderem Adolf Schnürle erkannt. Er ist auf die Idee gekommen den Gasstrom von der Zylinderwand bzw. von sich selbst lenken zu lassen. Lassen wir das mal so stehen, sonst dauert dieser Absatz bis morgen früh. Zum Namen: Das Frischgas tritt in den Zylinder ein und wird dort so lange umgelenkt bis es diesen in die entgegengesetzte Richtung verlässt, es kehrt um. Simpel, oder?

- Resonanzaufgeladen: Hmm... wir erklär ich Resonanz? Gar nicht. Hier lesen. Nur soviel: Beim Zweitaktmotor macht man sich die Resonanzschwingung zu Nutze um die oben erwähnte Spülung maßgeblich zu unterstützen. Das wird sogar ganz sicher ein eigenes Kapitel. Die Resonanzaufladung ist so essentiell das ein sehr bekannter Pylonmotorenbauer einmal gesagt hat: "Der Motor ist nicht mehr als das Verbindungsglied zwischen Propeller und Resonanzrohr" Alles klar soweit?

Soo, jetzt wissen wir schonmal womit wir uns beschäftigen. Mehr dann später mal....

Gruß

Stefan

Hallo Stefan

Super Idee, der Methanoler Zweitakter ist die Kunst das aller Einfachste zum Laufen zu bringen...

- Keine Ventile für den Gaswechsel
- keine extra Zündvorrichtung
- simpler Venturi-Vergaser
- Luftkühlung

Und das auch noch als Rennmotor -> höchst interessant, freue mich schon auf deine nächsten postings.

Gruß Rolf

Was verbrennen wir?

Was verbrennen wir?

oder

Kraft kommt von Kraftstoff!

Ich hole mal weit aus. Seit Anbeginn der Verbrennungskraftmaschinen hat sich der Mensch überlegt was er in diese reinschüttet und verheizt. Über die Jahrzehnte sind für Kolbenmotoren Verfahren entwickelt worden um Kraftstoffe von Wasserstoff über Schweröl bis hin zu Kohlestaub(!) nutzen zu können. Im dem täglichen Leben hat man i.d.R. mit Kohlenwasserstoffen (LPG/Erdgas/Benzin/Diesel/Kerosin) und höchstens mal anteilig mit Alkohol (Ethanol) zu tuen. Scheint sich ja bewährt zu haben.

Wir aber kippen Methanol in unsere Motoren. Warum ist das so? Zunächst einmal handelt es sich bei Methanol um einen Alkohol, genauer um den einfachsten Alkohol. Nein, Ethanol macht besoffen, Methanol macht blind und doof.

Vergegenwärtigt man sich einmal was Treibstoff im Motor eigentlich für eine Kernaufgabe hat -nämlich das Erhöhen der Temperatur eines Arbeitsgases- wäre wohl der Sprit mit dem höchsten Heizwert am besten geeignet. Gegenüber herkömmlichen Benzin hat Methanol auf einen Liter bezogen nur ca. den halben Heizwert. Nun muss das Arbeitsgas durch die Verbrennung nicht nur heiß gemacht werden, das alles muss unter bestimmten Rahmenbedingungen erfolgen. Und genau da hat Methanol gegenüber Benzin/Diesel usw. die Nase vorn:

- es kühlt besser
- es ist klopffester
- es reagiert katalytisch mit Platin und Iridium

Was soll das nun wieder bedeuten? Jetzt mal Schritt für Schritt.

Flüssiger Treibstoff brennt nicht. Es ist immer das Gas, also das was von der Flüssigkeit verdampft ist, was brennt. Für die Verbrennung im Motor muss also immer ein Teil oder der ganze Kraftstoff im Moment der Zündung gasförmig sein. Halten wir das mal so fest und springen an eine andere Baustelle.

Ein Verbrennungsmotor wird heiß. Ach nee.....
Schuld ist der Carnot-Prozess. Mal ganz auf das Wesentliche runter gebrochen besagt dieser das es nicht möglich ist Wärme komplett in mechanische Energie umwandeln zu können. So traurig das schon ist, richtig schlimm wird es wenn man die maximalen Wirkungsgrade -also das was von der reingesteckten Energie als Nutzenergie rauskommt- betrachtet. Ein hochgezüchteter moderner Automotor erreicht im idealen Betriebspunkt um die 30-40%. Der meiste Rest ist und bleibt Wärme.
Unsere Rennmotoren sind deutlich(!) schlechter. Also noch mehr Wärme. Wird diese Wärme nicht abgeführt schmilzt der Motor oder geht mindestens mal kaputt. Unsere Motoren haben folgende Möglichkeiten Wärme abzuführen:

- Wärmeübergang an die umgebende Luft (Luftkühlung )
- Strahlung (eher untergeordnet)
- Über das Abgas

Der Thermodynamiker verzeihe mir das ist nicht sauber bilanziere. Es tut mir leid, ehrlich.

Und eine dritte Baustelle machen wir auf. Geht ein Stoff vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über, braucht er hierzu Energie. Diese Energie holt er sich in Form von Wärme. Klingt komisch ist aber so.
Beispiel 1: Wenn der Topf mit Wasser kocht ist er ja nicht schlagartig Dampf, sondern es muss erheblich viel Energie aufgebracht werden bis alles verdampft ist.
Beispiel 2: Schon mal eine nasse Hand in den Wind gehalten? Das Wasser verdunstet, die Hand wird kalt. Auch easy.

Jetzt wird es spannend. Alle 3 Baustellen zusammen. Es ist (Ab)Wärme da die wir nicht brauchen können, Flüssiger Treibstoff brennt nicht und wenn Flüssigkeit gasförmig wird entzieht sie ihrer Umgebung Wärme. Perfekt!

Aber warum jetzt Methanol und nicht Benzin? Das wird auch kalt wenn es verdampft.
Nun ist es so das wir u.A. aufgrund des geringeren Heizwertes (ca. die Hälfte von Benzin) doppelt so viel Sprit benötigen. Also doppelt so viel Flüssigkeit die verdampft und Wärme entzieht. Klasse. Es wird aber noch besser.

Methanol und Benzin unterscheiden sich aber auch in ihren Stoffwerten erheblich. Hier relevant: Die Verdampfungswärme. Diese sagt aus wie viel Wärme pro Stoffmenge benötigt wird um in den Gasförmigen Zustand über zu gehen. Methanol liegt hier mit 1178 kJ/kg um ein vielfaches höher als Benzin mit um die 400 kJ/kg.

Soviel Text für das Fazit: Bei gleicher Leistungsabgabe läuft ein Methanolmotor deutlich kühler als ein Benzinmotor.

Mir fallen hier gerade die Augen zu, daher verschieben wir die Klopffestigkeit und das katalytische Dingsbumms auf später

Gruß

Stefan

Hihi, mir fällt da gerade wieder ein, was wir damals an Sächelchen zur Leistungssteigerung in den Sprit geschüttet haben, um die Motörchen (immerhin bis 10 cm³) auf Touren zu bringen, bis sie klangen wie ein sehr zorniger Moskito! Schon der Besitz von ein paar Gramm solcher Substanzen würde einen heute vermutlich zum Top-Terroristen stempeln, denn nicht wenige davon fielen schon vor 50 Jahren unter das damalige Sprengstoff-Gesetz..........

hmmm,

für "Diesel" fällt mir da Amylnitrit ein, aber für Methanoler?

Gruß Rolf

Zwei Bitten habe ich vorab. Zum einen sind Menschen fehlbar und ich erst recht. Wenn ich irgendwo Unsinn schreibe last es mich wissen. Das führt mich zur zweiten Bitte: Ich möchte das Ganze schön kompakt und zusammen halten. Wenn Ihr Kritik, Fragen, Anregungen oder dergleichen mehr habt---> bitte nicht diesen Thread zerlabern sondern mir eine PN schicken oder eine Thread "Der kleine Rennmotor - Fragen und Diskussionen" eröffnen.

Zum Vergrößern anklicken....

Bitte Leute, wenn Ihr euch austauschen wollt, macht eine anderes Thema auf. Das kostet nichts und tut auch gar nicht weh. Versprochen.

Gruß

Stefan

Was verbrennen wir? Vol. 2

Was verbrennen wir? Vol. 2

Nachdem wir jetzt schon festgehalten haben, dass Methanol ziemlich gut kühlt, schauen wir uns an was es mit der Klopffestigkeit auf sich hat.

Grundsätzlich gibt es unterschiedliche Arten der Verbrennung in einem Motor. Läuft die Flammfront von der Zündungsquelle ausgehend durch das Gemisch ist das der erwünschte Fall. Kommt es beim Ottoprozess zu einer Selbstzündung des Gemisches nennt der Fachmann das Klopfen und das ist gar nicht gut. Wie kommt es dazu?

Im Zylinder befindet sich eine bestimmte Menge brennbares Gemisch. Dieses wird durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens auf ein von der Konstruktion vorgegebenes Volumen verdichtet. Die Relation von Ausgangsvolumen zum Volumen im oberen Punkt des Kolbens nennt man hierbei Verdichtungsverhältnis.

Jetzt ist es so, dass sich ein Gas beim Zusammendrücken erwärmt (Gesetz von Boyle-Mariotte). Um dafür mal ein Gefühl zu kriegen: Beim Dieselmotor erwärmt sich die Luft auf bis zu 900°C. Nur durch die Verdichtung! Ziemlich starker Tobak

Im Gegensatz zum Dieselmotor verdichten wir beim Ottomotor ja keine Luft, sondern ein brennbares Gemisch. Es ist verständlich das es hierbei eine Temperaturgrenze gibt bei der es zur Zündung kommt. Das gesamte Volumen zündet dann schlagartig durch, es kommt zu extrem hohen Temperaturen und sehr steilen Druckspitzen. Ausserdem laufen Druckwellen durch den Verbrennungsraum die in der Lage sind die Metalloberflächen mechanisch zu schädigen. Oder anders gesagt: Das können wir gar nicht gebrauchen.

Also Verdichtung runter und alles wird gut.......denkste!

Warum verdichten wir überhaupt? Das hat mehrere Gründe. Weiter oben habe ich schon mal was vom Carnot-Prozess erzählt und das man wegen ihm Wärme niemals komplett in mechanische Energie umsetzen kann. Ohne hier zu sehr ins Detail gehen zu wollen kann man sagen das umso mehr thermische in mechanische Energie umgewandelt werden kann je höher das Temperaturniveau ist bei dem das Ganze passiert. Das ist jetzt sehr stark vereinfacht, so sehr das sich dem Thermodynamiker jetzt die Fußnägel hochrollen. Für uns reicht das aber so. Also: höhere Verdichtung---> höheres Temperaturniveau---> besserer Wirkungsgrad.

Ein weiterer wichtiger Grund ist die Verbrennung selber. Selbst bei einer optimalen Mischung von Kraftstoff und Luft ist die Verbrennung unter Atmosphärendruck eine ziemlich müde Nummer. Das liegt einfach daran, das die Moleküle einen recht großen Abstand zueinander haben. Für die Reaktion müssen sie sich erstmal "finden". Richtig fix wird das nicht. An dieser Stelle muss darauf hingewiesen werden, dass die Verbrennung abgeschlossen sein muss bevor sich der Kolben spürbar nach unten bewegt hat. Wichtig!
Nun im verdichteten Zustand. Die Kraftstoff und Luftteilchen liegen nah beieinander, zudem ist die Temperatur auch noch erhöht, das fackelt dann schon anders. (Ich hab immer noch die hochgerollten Fußnägel vor Augen ) Und nocheinmal: Für uns reicht das so aus.

Das Wichtigste am Schluss. Wir betreiben Glühzünder! Alle anderen Ottomotoren haben eine Zündkerze bei der ein Lichtbogen den Startschuss für die Verbrennung gibt. Das funktioniert so gut wie immer. Egal ob bei Normaldruck oder kurz vor der Selbstzündung. Bei unseren Modellmotoren sitzt allerdings eine Glühkerze mit einem Drahtwendel im Kopf. Der glüht durchgehend, also sollte er zumindest. Also wie sollen wir nun zu einem definierten Zeitpunkt zünden? Hier hilft uns die Verdichtungswärme wieder weiter. Wir stellen das Verdichtungsverhältnis derart ein, dass das Gemisch kurz vor der Selbstzündung steht. Der Glühende Dratwendel hat dann leichtes Spiel und muss nur noch einen kleinen "Schubs" geben. Wer jetzt einwendet das es doch Kerzen von "heiß" bis "sehr kalt" gibt und das auch einen Einfluss hat, dem sei gesagt das er prinzipiell recht hat, der Einfluss aber deutlich überschätzt wird. Also: Wann unser Motor zündet hängt in erster Linie am Verdichtungsverhältnis.

Fassen wir bisher nochmal zusammen: Wir müssen verdichten damit wir einen hohen Wirkungsgrad haben, das Gemisch gut brennt und überhaupt erst gezündet wird. Wir dürfen allerdings nicht zu hoch verdichten da es sonst zum Klopfen kommt.

Jetzt kommen die Eigenschaften des verwendeten Kraftstoffs ins Spiel. Genauer die Klopffestigkeit bzw. die Oktanzahl. Bitte den Link verwenden, ich hab hier keine Lust zu erklären wie die Zustande kommt weil es für uns ohne Belang ist.

Wichtig nur: Je höher die Oktanzahl desto höher kann ich verdichten ohne das das Gemisch von selber zündet.

Einen verlässlichen Wert für die Oktanzahl von Methanol zu finden ist schwierig. Wer verstanden hat wie diese gemessen wird versteht auch warum. Ich übernehme einfach mal die Werte von Wikipedia:

Superbenzin: 95 ROZ
Super Plus: 98 ROZ
Methanol: 160 ROZ

Ups.... das ist schon ein ziemlicher Unterschied.

Methanol kann also deutlich höher verdichtet werden was sich in einem deutlich höheren thermischen Wirkungsgrad niederspielt. Höherer Wirkungsgrad----> mehr Leistung.

Boar ey, soviel Text für ein so kurzes Fazit. Aber immerhin können sich die Fußnägel des unbekannten Thermodynamikers wieder beruhigen...

Gruß

Stefan

Was verbrennen wir? Vol. 3

Was verbrennen wir? Vol. 3

Der katalytische Einfluss von Platin auf Methanol.

Zunächst einmal: Was ist ein Katalysator? Vereinfacht gesagt senkt ein Katalysator die Energiemenge die nötig ist um eine chemische Reaktion zu starten. Beschränken wir uns darauf was das mit dem Methanol zu tuen hat.

Die Zündtemperatur eines Methanol/Luft-Gemisches liegt bei ca. 455°C. Durch die Anwesenheit von Platin als Katalysator findet auch schon bei niedrigeren Temperaturen eine Reaktion statt. Ohne hier näher ins Detail gehen zu wollen kann man sagen das ein von einem Methanol/Luft-Gemisch umspülter Platindraht nach einmaligem Anwärmen von selbst am glühen bleibt. Und zwar ohne das eine offensichtliche Verbrennung stattfindet. Die Reaktion beschränkt sich auf die direkte Umgebung des Platins.

Dazu gibt es auch ein anschauliches Experiment: Das oszillierende Herz

Der Platindraht im Methanoldampf glüht immer stärker bis die Zündtemperatur des Gemisches im Messbecher erreicht ist, es kommt zu einer Verpuffung mit anschließender Verbrennung. Dies solange bis aller Sauerstoff im Glas verbraucht ist. Genau hinsehen: Bei der Verbrennung hört der Draht auf zu glühen, ganz einfach weil die Ausgangsstoffe für die katalytische Reaktion aufgebraucht werden. Stoppt die Verbrennung gelangt allmählich wieder Luft in den Becher, die Katalyse setzt wieder ein und erhitzt den Draht so sehr bis die Zündtemperatur wieder erreicht ist. Faszinierend...

Was hat das mit unserem Motor zu tuen? Der Draht in der Glühkerze besteht -zumindest anteilig- aus Platin. Oder aber er ist mit Platin beschichtet. Nun findet genau die Reaktion wie beim Herz auch am Glühwendel statt. Allerdings mit einem wesentlichen Unterschied: Im Motor wird dem Draht eine erhebliche Menge Wärme durch die Verbrennung zugeführt. Ganz einfach weil wir nicht im offenen Messbecher unter atmosphärischem Druck unter undefinierten Gemischverhältnissen zünden sondern hoch verdichtet (siehe weiter oben ) und mit idealem Gemisch.

Im vorigen Kapitel über die Klopffestigkeit habe ich geschrieben das wir so hoch verdichten (hohe Temperatur) das das Gemisch nur noch einen kleinen "Schubs" braucht um zu zünden. Wofür brauchen wir also die Katalyse wenn der Glühwendel auch durch die Verbrennung am Glühen gehalten wird? Eigentlich gar nicht....Tadaa

Jetzt mal im Ernst. Für den Betrieb unter Vollast in Resonanz ist der katalytische Effekt eigentlich total überflüssig. Wir müssen einen Motor aber auch starten und bis in den Volllastbereich bringen.

Betrachten wir einen ganz stinknormalen Alltags-Methanolmotor: Dieser wird über das ganze Drehzahlband betrieben, inklusive Leerlauf. Und hier wird es spannend.
Das technische Wunderwerk Glühkerze nimmt Wärme durch die Verbrennung auf und gibt sie an den Zylinderkopf durch Wärmeleitung wieder ab. (Jaja, nicht so ganz sauber bilanziert, reicht aber zum Verständnis ) Nun ist a) die Verbrennungstemperatur im Teillastbereich durch die (gewollten) Drosselverluste nicht so hoch und b) findet aufgrund der niedrigen Drehzahl nicht so häufig eine Verbrennung statt. Die Wärmeableitung bleibt aber fast auf dem selben Niveau. Der Zylinderkopf wird ja im Leerlauf nicht auf einmal heißer, im Gegenteil eher kälter. Summa summarum würde der Kerze irgendwann das Licht ausgehen. Und genau hier setzt die Katalyse an. Diese trägt zusätzliche Wärme in den Wendel ein, er bleibt auch im Leerlauf am Glühen.

Jetzt wieder zum Rennmotor: Im Prinzip kennt dieser kein breites Drehzahlband sondern nur Vollgas. Also Katalyse überflüssig? Nicht ganz. Fast jeder Rennmotor ist Resonanzaufgeladen. Fällt ein Motor im Flug mal aus der Resonanz haben wir das was wir bei einem 08/15-Motor als Teillast bezeichnen würden. Hier springt dann wieder der Platindraht ein bis wir wieder das richtige Gemisch eingestellt haben und/oder den Motor durch einen reichlichen Abschwung entlastet haben und er wieder in Resonanz läuft. Für uns ist der katalytische Effekt also eher als "Notnagel" zu sehen.

Gruß

Stefan

Es wird schmierig...

Es wird schmierig...

...oder welches Öl ist das Beste?

Auha, jetzt geht´s los mit der Glaubensfrage. Was bei den Benzinmotoren zu seitenlangen Threads führt in denen sich immer wieder sprichwörtlich an die Gurgel gegangen wird, möchte ich dann hier ein wenig von der sachlichen Seite beleuchten.

Welche Aufgaben hat Öl überhaupt im Motor, speziell im gemischgeschmierten Zweitakter? Oder anders gefragt: Was sind die für einen Rennmotor wichtigen Eigenschaften?

Ganz Grundsätzlich hat der Ölanteil in unserem(!) Sprit folgende wesentliche Aufgaben:

- schmieren
- kühlen
- dichten
- säubern
- konservieren
- (Anzeigefunktion)

Unter Schmierung versteht man die Senkung der Reibung und des Verschleißes zwischen zwei aufeinander laufenden Oberflächen. Lässt man eben diese beiden Flächen komplett trocken mit hinreichendem Druck aufeinander laufen, so kommt es zunächst zu einem Materialabtrag und -sofern es die "richtigen" Reibpartner sind- zu einer Kaltverschweißung der Werkstoffe (umgangssprachlich Fressen genannt). Das gilt es zu verhindern. Dazu trennt man die beiden Oberflächen voneinander. Dazu ist prinizipell jedes Fluid geeignet. Von Luft über Wasser hin zum Öl oder Fett. Es muss lediglich geeignet sein, eine solche Schichtdicke aufzubauen das die Flächen komplett voneinander getrennt sind. Und das ist genau die Krux an der Sache.

Um die Problematik anschaulich zu machen nehmen wir zwei kleine, saubere und absolut ebene Glasplatten.

Fügen wir diese trocken zusammen, so werden sich die Platten in den ersten Sekunden noch gut gegeneinander verschieben lassen. Der Grund liegt in der Luft die im ersten Moment noch zwischen den Platten ist. Wir reden hier von einer Schicht im hunderstel Millimeter Bereich! Die Platten sind allerdings so eben und glatt das dieser extrem dünne Luftfilm ausreicht um ein Verschieben zu ermöglichen. Irgendwann ist der Punkt gekommen wo die Luft zu den Rändern entwichen ist und die Reibung steigt schlagartig an die Platten lassen sich nicht mehr verschieben.

Geben wir ein paar Tropfen Wasser auf die Platten und verfahren in gleicher weise, werden wir feststellen, dass der Zeitpunkt ab dem sich die Platten nicht mehr verschieben lassen deutlich später eintritt.

Bei Öl (egal ob Motoröl oder Speiseöl) werden sich die Platten noch länger verschieben lassen.

Entscheidend dafür sind in erster Linie zwei Eigenschaften: Die Viskosität und das Vermögen eines Stoffes einen dünnen aber strapazierfähigen Film auszubilden. Die Viskosität erkläre ich nicht, das kann Wiki viel besser.

Je dickflüssiger, desto besser das Öl? Pustekuchen! Es wird ja keiner auf die Idee kommen ein Stück Butter in seinen Motor zu schieben...

Jetzt mal im Ernst. Das Öl muss mindestens mal so flüssig sein das es an die zu schmierende Stelle gelangen kann. So sind Fette im Bereich des Maschinenbaus schon so fest das diese mit einer speziellen Fettpresse in die Lagerung gedrückt werden müssen (z.T. mehrere hundert Bar!) Das ist für einen Motor natürlich vollkommen ungeeignet.

Kehren wir zurück zu den Scheiben aus obigem Beispiel. Einmal mit Wasser und einmal mit Fett oder von mir aus mit Margarine. Die Schmierung mit Wasser hält zwar nicht so lange an wie mit Fett, die Scheiben lassen sich allerdings sehr leicht gegeneinander verschieben. Genau anders herum beim Fett. Der Grund liegt in der inneren Reibung der Flüssigkeiten. Ich verweise nochmal auf den Artikel über Viskosität
Reibung ist in sofern hinderlich als das sie uns Leistung kostet. Aus genau diesem Grunde sind moderne Leichtlauföle im PKW-Bereich mittlerweile dünn wie Wasser (Vorsicht: Übertreibung!)

Lassen wir das mal so stehen und gucken was es mit dem strapazierfähigen Schmierfilm auf sich hat.

Die beiden Glasplatten stellen einen Idealfall da den wir in der Praxis nicht vorliegen haben. Technische Oberflächen sind entweder rauher oder unterbrochen. Die für uns ideale Flüssigkeitsreibung (es kommt zu keinerlei Kontakt der Lagerpartner) bedingt, dass der Schmierfilm mindestens so dick ist, dass die Rauhigkeitsspitzen vollkommen eingeschlossen sind. Weiterhin wichtig: Der Schmierfilm sollte nicht unterbrochen sein. Es nützt nichts wenn die eine Hälfte der Glasplatten voneinander getrennt sind und die andere aufeinander raspelt....

Bis jetzt haben wir die Glasplatten nur von Hand verschoben (langsam). Nun bauen wir einen Akkuschrauber an und lassen diese schnell gegeneinander drehen. Der geneigte Beobachter würde vermuten das der Film schneller zusammenbricht. Genau das ist nicht der Fall. Die hohe Relativgeschwindigkeit der Reibpartner stabilisiert den Schmierfilm!!! Bitte diesen Artikel lesen und verstehen. Dort geht es zwar um ein Radiallager, das gleiche Prinzip hält aber auch den Schmierfilm bei unseren Glasplatten auf gleicher Dicke.

Also alles gut? Nicht ganz.

Im Motor haben wir neben dauernd gegeneinander laufenden Flächen (Pleuel im Pleuellager) auch Flächen die sogar stehen bleiben um im nächsten Moment auf maximale Geschwindigkeit beschleunigt und dann wieder abgebremst zu werden. (Kolben im Zylinder). Hier ist die Stabilität des Schmierfilms entscheidend. Kommt Stillstand und eventuell noch eine hohe Flächenpressung zusammen, so muss das Schmiermittel diesen kurzen Moment überdauern ohne das es aus dem Spalt gepresst wird und Metall auf Metall reibt. Der Film muss stabil sein. Logisch oder?

Gehen wir noch etwas weiter vom Idealfall weg. Wer verstanden hat wie sich ein Schmierfilm zwischen zwei relativ zueinander bewegten Oberflächen aufbaut, der wird schnell ein neues Problem ausmachen. Oberflächen sind schon mal unterbrochen. So hat z.B. die Laufbuchse Schlitze und das Pleuel Schmierbohrungen. Es ist die Aufgabe eines Schmiermittels nach einer solchen Unterbrechung möglichst schnell wieder einen tragfähigen Schmierfilm aufzubauen.

Fassen wir einmal zusammen:

Für die Schmierung brauchen wir ein möglichst dünnflüssiges Öl um wenig Leistung zu verlieren welches aber einen robusten, tragfähigen und sich schnell aufbauenden Schmierfilm erzeugt.

Gruß

Stefan

Es wird schmierig...Vol. 2

Es wird schmierig...Vol. 2

Weiter oben hab ich es schon geschrieben: Wir müssen den Motor Kühlen. Was hat jetzt das Öl damit zu tuen? Zäumen wir das Pferd von hinten auf. Unsere Motoren laufen mit Ölanteilen zwischen 15% und 25% (Ausnahmen sind hier die Regel. ). Dazu kommt noch, das in etwa die doppelte Menge Methanol im Vergleich zum Benzin verbrannt wird. Kurz: Es geht eine Menge Öl durch den Motor.

Dieses Öl wird entweder von den Metallteilen oder der Verbrennung selbst erhitzt. Bemühen wir wieder einmal den 1. Hauptsatz der Thermodynamik und stellen fest das für die Erwärmung des Öls irgendwo die Wärme herkommen muss. Richtig, aus dem Motor und der hat mehr als genug davon. Da unsere Zweitakter keinen Ölkreislauf, sondern eine Verlustschmierung nutzen, geht das Öl mit samt der ihm inne wohnenden Wärmemenge zum Auspuff raus. (Kuhle Formulierung, ne ) Wir kühlen.

Also: Der vergleichsweise hohe Ölanteil hilft uns durch Wärmeaustrag aus dem Auspuff den Motor zu kühlen.

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Was soll das Öl denn bitte Dichten?

Wiki sagt: "Dichtung bezeichnet einen künstlerischen Schaffensprozess, der je nach Definition auf die poetische Gattung der Lyrik beschränkt ist oder auch andere Kunstformen wie Musik und Malerei mit einschließt."

Und wir wissen---> hier sind wir falsch. (sorry, ich konnte es mir nicht verkneifen, ehrlich )

Schluss mit Quatsch....vorerst.

Die Kolbenmaschine lebt davon, dass sie einen geschlossenen Arbeitsraum hat in dem ein Arbeitsgas verdichtet und expandiert werden kann. Richtig, ich rede vom Kolben im Zylinder abgeschlossen vom Zylinderkopf. Es ist überaus hilfreich wenn dieser Arbeitsraum tatsächlich geschlossen ist, sprich abgedichtet. Es muss also das unter hohem Druck stehende Arbeitsgas daran gehindert werden zwischen Zylinderwand und Kolben zu entfleuchen (Blow By nennt das angelsächsisch angehauchte Motorentechniker).
Diese Aufgabe übernehmen in fast allen Motoren die Kolbenringe. Mal mehr, mal weniger in der Anzahl. In hunderten verschiedenen Ausführungen und Kombinationsmöglichkeiten wird versucht das Optimum zwischen Dichtung, niedriger Reibung und niedrigem Verschleiß zu finden. Das alles hat uns recht wenig zu interessieren weil wir keine Kolbenringe haben...tadaa!

Unsere Motoren sind fast ausnahmslos Passungsgedichtet. Auf gut deutsch heißt das, dass der Kolben sehr genau in die Zylinderlaufbuchse passt. Die Dichtwirkung ergibt sich einfach daraus, dass kein Spalt zwischen Kolben und Zylinder vorhanden ist durch welche das Gas entweichen kann. Was sich theoretisch so einfach anhört ist es in der Praxis nicht so ganz. Jeder Schlosser weiß: "Maß auf Maß passt nicht!" Sprich: der Kolben muss minimal kleiner als die Bohrung sein sonst klemmt er. Wir haben also immer einen kleinen Spalt der sich technisch nicht verhindern lässt. Darüber hinaus bewegen wir uns über ein ziemliches breites Termperaturband. Der Spalt sollte also von Raumtemperatur beim Anlassen bis hin zur Betriebstemperatur unter Volllast konstant bleiben. Auch das klappt nicht so ganz hundert prozentig. (Achtung, das wird ein sehr sehr langes eigenes Kapitel )
Wir haben also einen Spalt den wir nicht verhindern können und durch den Gas entweicht.

In diesen Spalt drückt sich nun unser Öl. Es hat eine wesentlich höhere Viskosität als z.B. Luft. Folglich wird es nur sehr sehr unwillig aus dem Spalt vertrieben. Somit kommt eine excellente Dichtungswirkung zustande. Einige Kolben sind an der oberen Kolbenkante sogar mit einer leichten Fase versehen. Diese verhindert zum einen das Einfädeln in die Spülschlitze, der andere positive Effekt ist der Aufbau eines richtiggehenden "Ölkeils" welcher sehr gut dichtet.

Also: Das Öl setzt sich in den nicht zu verhindernden Spalt zwischen Kolben und Zylinderwand und erfüllt dort eine Dichtungsfunktion.

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Sprechen wir über das Säubern.

Jetzt haben wir schon soviel Öl im Motor und müssen dennoch ernüchtert feststellen das es immer noch zu einem gewissen Verschleiß kommt der sich nicht verhindern lässt. Verschleiß heißt nichts anderes als Materialabtrag. Dieses Material muss irgendwo hin. Und wenn einen Motorbauer eines fürchterlich nervös macht, sind das (Metall)Partikel im Triebwerk. Diese setzten sich zwischen Reibflächen und wirken dort wir Schleifpaste was wieder einen erhöhten Verschleiß nach sich zieht was dann wieder mehr Partikel bedeutet. Ein Teufelskreis.
Gleiches gilt natürlich auch für angesaugten Staub etc.

Also raus damit!

Genau hier ist es wieder....das Öl! Zunächst werden die Metallpartikel vom Öl eingeschlossen. Das macht sie schon mal weniger schädlich. Wesentlicher aber: Die Partikel werden mit dem Öl aus dem Auspuff entsorgt.

Der eigentliches Brennstoff kann diese Aufgabe nicht übernehmen. Methanol ist dafür viel zu dünnflüssig und zu allem Überfluss auch irgendwann gasförmig.

Also: Das Öl schließt Fremdkörper im Motor ein und befördert diese aus dem Auspuff heraus. Es hält den Motor sauber.

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Jetzt zum Konservieren.

Ich erkläre es einfach mal obwohl es für unsere Renntriebwerke eher zweitrangig ist.

Bei der Verbrennung entstehen allerhand "tolle" Stoffe. Erst recht wenn dem Sprit Nitromethan zugesetzt ist. Was genau im einzelnen an Verbrennungsprodukten vorliegt soll uns mal egal sein. Wichtig ist nur zu wissen das es zum Teil aggressive Säuren sind die zu Korrosion gerade an Stahlteilen führen. Zusammen mit dem Luftsauerstoff rostet einem das Innenleben des Motors in null,nichts weg.

Das Öl hat nun dafür zu sorgen, das genau diese schädlichen Stoffe keinen Schaden anrichten können. Entweder die Säuren werden neutralisiert und in ihrer Wirkung damit unschädlich gemacht, oder aber es bildet sich mindestens mal ein haltbarer Film aus der sich über die Metallteile legt und den Zutritt von Luft(Sauerstoff) verhindert.

Warum ist das für uns zweitrangig?

Weil wir unsere Motoren hegen und pflegen!!!

Den Schmodder ungewisser Zusammensetzung lassen wir bestimmt nicht in unseren Motoren! Niemals! Der Motor wird mindestens ausgewaschen und dann mit sauberem Öl versorgt, besser noch auseinander genommen und dann mit vernünftigem Öl konserviert.

Also: Öl schützt den Motor vor dem Weggammeln wenn wir in nicht benutzen.

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Last but not least: die Anzeigefunktion

Damit können zwei Dinge gemeint sein. Beim Einlaufen eines neuen Motors entsteht verhältnismäßig viel Abrieb. Weiter oben habe ich geschrieben das dieser mit dem Öl aus dem Motor gespült wird. Hält man nun ein sauberes(!) Tuch in die Abgasfahne kann das geschulte Auge erkennen wann der Einlaufvorgang abgeschlossen ist. Das wird aber ein anderes Kapitel.

Wichtiger für den Alltag ist die Anzeigefunktion über das Gemischverhältniss im Motor.

Holen wir kurz aus. Ein Verbrennungsvorgang läuft dann sauber ab wenn die Mengen von Luft und Brennstoff zusammen passen. Wird sowohl der Sauerstoff als auch der Brennstoff vollständig aufgebraucht nennt der Fachmann das stöchiometrische Verbrennung. Das können wir aber in der Praxis nicht brauchen. Zum einen findet in dem Chaos im Brennraum nicht jedes Brennstoffteilchen ein Sauerstoffteilchen, zum anderen möchten wir das ein Teil des Methanols nur verdampft und dem Gas Wärme entzieht (siehe weiter oben). Kurz: Wir sollten den Motor auf der "fetten" Seite betreiben.

Jetzt haben wir natürlich keine Lambdasonde am Auspuff die uns einfach einzeigen könnte welche Mischung wir an der Düsennadel eingeregelt haben. Im Grunde haben wir 3 Größen um die Gemischeinstellung bewerten zu können:

1) Drehzahl
2) Klang
3) Rauchfahne

Und genau Punkt 3 ist die Anzeigefunktion des Öls. Mit etwas Erfahrung erkennt der Pilot sofort an der Rauchfahne ob der Motor fett oder mager läuft. Zu Anfang (Anlassen) sollte ein Motor immer sehr fett laufen. Die Verbrennung ist sehr "kalt", es gibt viel überschüssiges Öl (aus einer hohen Spritmenge) das in erster Linie verdampft und eine ordentliche Rauchfahne erzeugt. Magern wir das Gemisch nun ab wird die Verbrennung immer heißer und intensiver ablaufen. Immer mehr Öl wird an der Verbrennung teilnehmen und keine Rauchfahne mehr erzeugen. Das geht soweit das die Rauchfahne komplett verschwindet. Spätestens dann ist Holland in Not--> sofort wieder anfetten! Die Verbrennung läuft viel zu heiß, der Motor wird in kürzester Zeit überhitzen und Schaden nehmen.
Die richtige Einstellung eines Motors ist eine Wissenschaft für sich und wird sicher noch in einem eigenen Kapitel abgearbeitet.

Also: Anhand der Rauchfahne aus dem Auspuff kann man sehr gut auf die Einstellung des Motors schliessen.

Habe fertig...vorerst

Gruß

Stefan

Aus aktuellem Anlass....

Aus aktuellem Anlass....

...hier noch ein richtig guter Tipp:

Viele Dinge lernt man beim Zuschauen und dann beim Selbermachen! Und wo könnte man Fragen besser loswerden als bei den Speedtreffen bei denen die ganzen Cracks anwesend sind?

Dieses Wochenende vom 05.08 bis zum 07.08 ist die Deutsche Meisterschaft im Speedfliegen in Bad Wünnenberg!

Kommt vorbei, schnuppert Rizinusduft und erlebt den einmaligen Sound eines hochdrehenden Rennzweitakters.

Gruß

Stefan

Leistung bitte!

Leistung bitte!

Nachdem ich jetzt so viel über das Schmiermittel erzählt habe, wird es jetzt wieder etwas weniger umfangreich.

Wir haben den Kraftstoff den der Motor verbrennt und wir haben das Schmiermittel. Was fehlt noch? Richtig, die leistungssteigernden Zusätze. Ohne die wäre es ja direkt langweilig.

Wir wissen bereits das in einem Kolbenmotor ein Arbeitsgas verdichtet und durch Verbrennung von Kraftstoff die Temperatur von diesem erhöht wird. Je mehr chemisch gebundene Energie im Brennraum in thermische umgewandelt wird, desto höher der Druck und damit die Leistung. Easy.

Schritt zurück zur Basis: Was ist der begrenzende Faktor für die Energiemenge im Brennraum und damit für die Leistung eines Motors?

Die Kraftstoffmenge sicher nicht. Davon bekommen wir mehr als genug in den Motor. Auch der Heizwert des Kraftstoffes ist es nicht.

Es ist schlicht die zur Verfügung stehende Sauerstoffmenge.

Wir saugen Luft mit 21% Sauerstoff an, die 78% Stickstoff und das 1% restlicher Gase ist nur Ballast. Ziel ist es also möglichst viel Luft in den Zylinder zu bekommen. Gerade bei hohen Drehzahlen wird es dann interessant. Es sei schon mal vorab verraten: Irgendwann ist die Spitze der Fahnenstange erreicht, mehr geht nicht mehr rein.

Wir haben also eine limitierte Menge Sauerstoff zur Verfügung mit der wir zurecht kommen müssen.

Genau da ist der Ansatzpunkt bei den Kraftstoffen. Ich beschränke mich zur Erläuterung auf das gebräuchliche Nitromethan. Dieses hat mit 11,3 MJ/Kg einen deutlich geringeren Heizwert als Methanol mit 19,9 MJ/kg. Allerdings benötigt man zur Verbrennung von 1Kg Nitromethan auch nur 1,7Kg Luft. Methanol benötigt 6,45Kg und Benzin sogar 14Kg. Die Betrachtung des Luftbedarfs alleine bringt uns allerdings nicht wirklich weiter.

Für uns ist wichtig, wie viel Heizwert wir pro Kg Luftmenge umsetzen können. Also bildet man den Quotienten aus Heizwert und der benötigten Luftmenge. Das nennen wir dann Spezifische Energie:

Nitromethan: 6,7 MJ/Kg
Methanol: 3,1 MJ/Kg
Benzin: ca. 2,9 MJ/Kg

Im Klartext: Bei korrekter Verbrennung (stöchiometrisch) kann man im Zylinder mit Nitromethan mehr als die doppelte Energiemenge freisetzen.

Das Geheimnis ist die chemische Struktur. An das Methanmolekül CH4 wird eine Nitrogruppe NO2 "angehängt". Diese Nitrogruppe beinhaltet 2 Sauerstoffmoleküle die unter Temperatureinfluss abgespalten werden und dann bei der Verbrennung zur Verfügung stehen. So einfach ist das.

Dieses Prinzip lässt sich auch mit anderen Treibstoffzusätzen nutzen, allerdings hat sich das Nitromethan sowohl im Modellbaubereich als auch bei Dragstern durchgesetzt da es weitere Eigenschaften hat (Siedepunkt, Mischbarkeit, Empfindlichkeit, chemische Stabilität, Toxizität usw.) die "passen".

Ein Wort noch zu zum geflügelten und immer wieder gehörten:

"Nitromethan kühlt"

Im Bezug auf die Verwendung als Kraftstoff und ohne Erläuterung ist das schlichtweg falsch. Oben haben wir gesehen das Nitromethan im Stande ist im Motor erheblich mehr Energie freizusetzen. Es entsteht dabei auch wesentlich mehr Abwärme. Wir steigern ja nicht auf wundersame Weise erheblich den Wirkungsgrad.

Bilden wir den Quotient aus Verdampfungswärme und Heizwert und nennen das Spezifische Verdampfungswärme ergibt sich folgendes:

Nitromethan: 0,049 (dimensionslos)
Methanol: 0,059 (dimensionslos)

Hier hat Methanol klar die Nase vorne, sprich: Bezogen auf den Heizwert kühlt Methanol durch seine Verdampfung besser als Nitromethan.

Richtig wäre der Satz:

"Ein hoher Nitromethananteil ermöglicht es den Motor fetter (kühler laufend) einzustellen ohne Leistungseinbußen zu haben."


Gruß

Stefan

Hallo Stefan,
danke für diesen 1A Beitrag. Ich habe diesen schon vor einiger Zeit auf meiner "Very-Interesting-Pages-was-hat-sich-getan"-Liste gespeichert. So ein offensichtlich vorhandenes breitbandiges Hintergrundwissen in Verbindung mit der Praxis ist kaum genug zu würdigen -und Du kennst Dich mit Thermodynamik (auch wenn's hier im Post wahrscheinlich nur die Basic's sind) aus was wohl auf 0.xxx% der Bevölkerung zutreffen wird (das kenn ich). Echt klasse!
Gruß,
Franz

Unser Sprit Vol.1

Unser Sprit Vol.1

Nach etwas längerer Pause jetzt mal zur Praxis. Oben habe ich schon geschrieben was die einzelnen Komponenten im Sprit bewirken bzw. warum diese verwendet werden.

Welche Mischung soll man nun verwenden?

Dies hängt natürlich in erster Linie vom Motor ab. Fangen wir beim Öl an.

Grundsätzlich gilt: Ein kleiner Motor braucht mehr Ölanteil als ein großer. Dies liegt darin begründet, dass das Volumen kubisch (hoch 3) die Oberfläche -also die zu schmierende Fläche- quadratisch (hoch 2) ansteigt. Ein Beispiel:

Verdoppelt man den Hubraum, so hat der Motor nur die ca. 1,6 fache Oberfläche.

Das erhebt jetzt natürlich keinen Anspruch auf absolute Korrektheit, dafür ist der Aufbau eines Motors zu komplex, es vermittelt aber ein ungefähren Eindruck über die Zusammenhänge.

Noch ein Beispiel:

Ein 125cm³ Motor hat das 19 fache Hubvolumen eines 6,6cm³ Pylonmotors, aber nur die 7,1 fache Oberfläche.
(Nochmal: Extreme Vereinfachung !!!)
Ein 125cm³ Motor wird auf Methanol mit 5% Öl betrieben ein 6,6cm³ Pylonmotor mit 20%.

Bei obigem Beispiel muss man darauf hinweisen das die Motoren unterschiedlich konstruiert sind. Das führt uns zu der Frage welches Bauteil im Motor eigentlich das meiste Öl braucht.

Die Kugellager sicher nicht. Im Motor werden ausschließlich offene Lager verwendet, das Öl kommt also sehr gut zu den Wälzkörpern. Der benötigte Flüssigkeitsfilm zwischen den Kugeln und der Lauffläche ist auch minimal.

Was ist mit dem Kolben bzw. der Laufbuchse? Oben haben wir gelernt das Rennmotoren fast immer eine ringlose Garnitur haben und die Passung zwischen Kolben und Laufbuchse so ausgelegt ist, dass ein minimaler Spalt vorhanden ist. Viel Reibung findet hier nicht statt. Zudem hat die Materialpaarung Chrom/Aluminiumkolben eine interessante Eigenschaft. Eine Hartchromschicht ist immer mikrorissig. Sprich auch eine absolut glatte, glänzende Chromschicht hat winzige Risse. In diesen kann sich das Öl "festklammern".
Ähnliches gilt für den Aluminiumkolben. Dieser ist mitnichten aus reinem Aluminium hergestellt. Die Kolben haben einen sehr hohen Siliziumanteil bis hin zu über 30%. Bis 12,6% Anteil wird das Silizium extrem fein verteilt in das Aluminium "eingebaut" (Diesmal drehen sich dem Metallurgen die Fußnägel hoch ). Alles darüber hinaus scheidet sich als feine "Körner" im Gefüge aus.

Anhang anzeigen 1688956
Hier mal ein Schliffbild von Dispal 226 (AlSi30CuMg, sprühkompaktiert) in 1000 facher Vergrößerung. Das weiße ist die Aluminiummatrix. Das dunkelgraue Silizium. Hellgrau zu erkennen sind noch irgendwelche metallische Phasen.

Die Aluminiummatrix ist sehr weich. Das Silizium hat annähernd die Härte von Chrom, also sehr hart. Beim Läppen des Kolbens oder spätestens beim Betrieb wird das Aluminium "abgenutzt" so das die Siliziumkörner vorstehen. Es bildet sich eine Mikrorauhigkeit die -richtig- das Öl hält.

Diese Technologie wird auch im Automobilbau eingesetzt, nur dort für die Laufbuchse. ( www.motor-talk.de/forum/aktion/Attachment.html?attachmentId=742495 )


Lirum Larum... die Garnitur braucht auch nicht viel Öl.

Um es abzukürzen: Es ist das untere Pleuellager was maßgeblich für den Ölanteil ist. Bei kleinen Motoren werden diese Lagerungen aus Platz- und Komplexitätsgründen als Gleitlager ausgeführt. Dort schmieren kann aber auch nur das Öl was tatsächlich dort hin kommt. Und das ist nicht sehr viel. Es muss dem Sprit viel Öl beigemischt werden damit ausreichend in den Spalt zwischen Pleuel und Kurbelzapfen kommt, so einfach ist das. Es gab und gibt auch kleine Modellmotoren mit einer Nadellagerung des Pleuels (z.B. OPS, CMB usw.)
Diese birgt aber diverse Nachteile:

- der Bauraum ist größer als bei einer Gleitlagerung
- die Abmessungen bedingen ultrakleine Toleranzen die aufwändig in der Herstellung sind
- ein Ausfall des Pleuellagers führt immer zu einem kapitalen Motorschaden weil die Nadeln durch den ganzen Motor gehen.
- die Wartung ist komplexer. Mal eben zerlegen und wieder montieren ist nicht. Es müssen zig Nadeln wieder an Ihren Platz gesetzt werden. (Die kleinen Lager sind meist "vollnadelig" d.h. ohne Käfig)

Jetzt haben wir all diese Nachteile in Kauf genommen und einen superduper Motor gebaut der mit 10% Öl oder weniger auskommt. Klasse, 10% mehr Brennstoff gleich 10% mehr Leistung. Pustekuchen!

In den Grundlagen habe ich ausgeführt, dass das Öl auch zu einem großen Anteil für den Wärmeaustrag aus dem Motor verantwortlich ist. Weniger Öl---> Weniger Wärmeaustrag. Schlimmer noch: Weniger Öl, mehr Energie im Motor---> mehr Wärme.
Aus diesem Grunde wird der Vorteil schon wieder geschmälert weil man den Motor fetter laufen lassen muss um ihn nicht zu Überhitzen.

Bitte nicht falsch verstehen: Weniger Öl ist schon sinnvoll da es immer einen Leistungsanstieg mit sich bringt, allerdings wird der Effekt gerne durch eine rosarote Brille gesehen. Der tatsächliche Leistungsgewinn ist in der Regel deutlich niedriger als die Zahlen vermuten lassen würden.

Soviel Vorwort und die Frage "Wie viel Öl?" ist immer noch nicht geklärt.

Die allermeisten Rennmotoren können mit 20% Ölanteil sicher und gut betrieben werden.

In der FAI-Rennklasse F3D ist eine Mischung von 80% Methanol und 20% Riziniusöl vorgeschrieben. Dies ist unter anderem darin begründet, dass die Grundsubstanzen weltweit verfügbar sind und die Motoren schmierungs- und Wärmetechnisch damit sehr gut klarkommen.

In F3T (Q40) wurde in den letzten Jahren umgestellt. Dort wird nun eine Mischung aus 67% Methanol, 18% Aerosynth und 15% Nitromethan geflogen.

Das führt wieder einmal zu DER Frage bei Verbrennungsmotoren überhaupt:

Rizinus oder Synthetik?

Eigentlich wollte ich die Frage umschiffen weil das ganz schnell zu einem Glaubenskrieg ausartet. Geht aber nicht...

Über Rizinusöl gibt Wikipedia jede Menge Auskunft.

Zunächst einmal ist Rizinusöl ein natürliches Produkt und besteht als solches aus einer Mischung unterschiedlicher Stoffe. (Siehe Wiki) Darunter sind Stoffe die wir gebrauchen können und solche die wir nicht brauchen.
Gehen wir mal zum Olivenöl. Wohl um kein anderes Pflanzenöl wird so ein Bohei gemacht. Es gibt die erste (kalt)Pressung, dann eine weitere (heiß)pressung und dann noch die chemische Extraktion. Alle 3 Verfahren ergeben ein Öl das für den Verzehr geeignet ist. Außer bei der ersten schonenden Pressung (extra vergine) wird das Öl noch raffiniert (gereinigt, veredelt usw.) Die Verträglichkeit für den Menschen ist in allen Fällen gegeben, trotzdem unterscheiden sich die Öle deutlich im Preis.

Warum ich was über Olivenöl erzähle? Ganz einfach, hier geht es um ein Produkt zum Verzehr was tendenziell höhere Anforderungen an Reinheit und Verträglichkeit erfüllen muss als der Schlotz der durch einen Motor geht.

Damit zum Rizinusöl. Alle 3 Extraktionsverfahren werden auch beim Rizinusöl angewendet. In fast allen Fällen wird das Öl ebenfalls raffiniert. Sprich entschleimt und aufgehellt. Damit ist das Zeug alle mal gut genug für die motorische Verwendung. Punkt aus. Ein großer Hersteller von Rizinusöl ist Alberdingk Boley. Da bekommt man unterschiedlichste Sorten, die -oh Wunder- alle für die Verwendung als Schmierstoff geeignet sind. Die Verwendung von Pharmaqualitäten ist da sicher wie Perlen vor die Säue zu werfen.

Sehr bekannt ist auch das Castrol M, welches aber nicht mehr hergestellt wird.

Warum aber überhaupt Rizinus und kein Sonnenblumenöl?

- Rizinusöl ist Methanollöslich (Mineralöle nicht)
- es besitzt eine Hydroxygruppe die eine sehr gute Haftung an Metall ergibt
- es ist thermisch hoch belastbar

Darüber hinaus besitzt es eine bemerkenswerte Notlaufeigenschaft: Wird es zu heiß, verdampft es nicht, es spaltet es sich auf, und zwar in Komponenten die weiter eine Schmierwirkung haben. Wenn hier jemand ist der das genauer erklären kann, bitte. Ich bin kein Chemiker und wäre über eine genaue Erklärung sehr dankbar.

In einem Beitrag des amerikanischen RC-Modeller heißt es:

Rizinusöl erfüllt für Modellmotoren alle diese Anforderungen mit einer Einschränkung, es ist thermisch unstabil. Diese unübliche Unstabilität ist aber gerade der Grund für die hervorragenden Schmierungseigenschaften von Rizinusöl bei Temperaturen, bei denen andere Schmierstoffe, z.B. Synthetiköle schon nicht mehr einsatzfähig sind. Rizinusöl ist eine etwa 87%ige Triglyzerin-Rizinolein-Säure, die deshalb einzigartig ist, weil sie eine Doppelbindung an der neunten Position und ein Hydroxil an der elften Position besitzt. Steigt die Temperatur, verliert die Säure ein Molekül Wasser und wird ein "trockenes Öl. Rizinusöl hat hervorragende Lagerstabilität bei Raumtemperatur, bei höheren Temperatuten polymerisiert es jedoch rasch. Bei der Polymerisation formt es noch schwerere Öle, die reich an Estern sind. Diese Ester beginnen nicht einmal sich zu zersetzten, bevor die Temperatur 340° erreicht. Rizinusöl formt dann riesige Molekülstrukturen bei diesen für uns relevanten Temperaturen - in anderen Worten, bei steigender Temperatur wandelt sich Rizinusöl in einen noch besseren Hochtemperatur-Schmierstoff um.

In wie weit diese Angaben stimmen entzieht sich meiner Kenntnis.

Weiterhin verdickt das Öl mit der Zeit und bildet so einen sehr guten Korrosionsschutzfilm im Motor. Das ist auch der Grund warum alte, ungepflegte Motoren so fest gammeln.

Alles in allem eine Kombination von Eigenschaften die das Öl wie geschaffen für unseren Zweck erscheinen lässt.

Nun zum Synthetiköl.

Diese sind in der Regel aufgebaut auf Polyglykolen und/oder Syntheseestern mit zusätzlichen Additiven.
Und hier fängt genau das Problem an. Außer dem Hersteller weiß niemand was genau drin ist.
Jetzt schlägt die Stunde der Werbefritzen. Eine Bütte mit schmierigem Schlotz wird auf einmal zur DEM Mittel wenn es darum geht den Motor ewig leben zu lassen, ihn zu reinigen, die Leistung zu steigern und sonst alle möglichen Dinge zu schaffen. Dies beziehe ich mal auf alle Öle zur Verwendung in Verbrennungsmotoren. Da wird auch nicht davor gescheut Öl mit "magnetischen" Eigenschaften zu bewerben die es länger am Metall haften lassen. Was ein Unsinn....

Was will ich damit sagen?

Gerade beim Öl hat der Endverbraucher immer einen Zielkonflikt:

1. Es ist für ihn nicht nachvollziehbar welche Eigenschaften a) das Öl hat und b) welche wirklich nötig sind
2. Er möchte für seinen Motor nur das Beste vom Besten.

Da kommt der Ölhersteller zur Traum-Marge die ihn Nachts vor Lachen nicht mehr in den Schlaf kommen lässt...

Nachdem ich mich jetzt wieder beruhigt habe, zur eigentlichen Erkenntnis für unseren kleinen Rennmotor.

Die Synthetiköle auf dem Markt funktionieren, auch in Rennmotoren.

Die weiteren Eigenschaften wie Korrosionsschutz oder Schmiereigenschaften können nur durch eigene Versuche im eigenen Rennmotor herausgefunden werden.

Was sind die Unterschiede zwischen Rizinus und Synthetik im praktischen Einsatz?

- Ein Motor wird mit gleichem Anteil Synthetiköl etwas höher drehen (mehr Leistung freisetzen) als bei Rizinus. Dies ist dem Umstand geschuldet das Rizinusöl nun mal eine festgelegte Viskosität hat, Synthetiköl in Richtung niedrigere Viskosität getrimmt werden kann.

- Das Einstellen des Gemischs über die Rauchfahne (siehe weiter oben) ist mit Synthetiköl ungleich schwieriger.

- Die Notlaufeigenschaften von Rizinus sind so ziemlich ungeschlagen.

- Rizinus ist immer verfügbar. Stellt ein Hersteller die Produktion eines Synthetiköles ein, hat man erstmal ein Problem.

Argumente wie Preis oder Reinigungsaufwand lasse ich im Rennbetrieb nicht gelten. Punkt aus.

Später dann weiter mit dem Nitroanteil.

Gruß

Stefan

Unser Sprit Vol. 2

Unser Sprit Vol. 2

Nach längerer Zeit geht's hier auch mal wieder weiter...

Wir waren beim Nitroanteil stehen geblieben. Weiter oben haben wir gelesen das Nitromethan mehr Leistung freisetzen kann als Methanol. Wir wollen maximale Leistung, also 100% Nitromethan plus ein bisschen Öl. Nö, das wird nichts...

Sicherlich würde man einen Motor irgendwie auf exorbitant hohe Nitroanteile abstimmen können, sinnvoll ist das allerdings nicht. Abgesehen vom Preis von ca. 25 Euro/Liter sind unsere Rennmotoren einfach nicht für diese Leistungen konstruiert. Machen wir mal einen Ausflug in den Top Fuel Dragstersport. Dort werden mit Kompressoren aufgeladene V8 Motoren mit fast reinem Nitromethan gefahren. Die Leistung der liegt bei 8,2 Liter Hubraum bei ca. 8000 PS. Das ist mal eine Ansage. Nur sind die Motoren bzw. die wichtigsten Komponenten in ihnen nach einem Lauf Schrott. Inklusive Burnout liegt die Volllastlebensdauer bei ungefähr 7 Sekunden. Also da hab ich noch nicht einmal den Flieger in der Luft.

In der Top Methanol Klasse werden fast identische Motoren mit reinem Methanol gefahren. Die Leistungen liegen bei ca. 2500-3000PS. Dafür halten die Motoren aber auch "bedeutend länger"

Einschub: Die Dragstermotoren der Top Methanolklasse werden auch beim Tractorpulling eingesetzt. Sowohl bei den Minipullern ( Pull und Pull ) als auch in den großen Klassen. Dort sind dann bis zu 6 Stück auf einem Traktor aufgebaut ( Pull und Pull ) Für Leistungsfreaks und Fans von großvolumigen (wit über 30 Liter Hubraum) Motoren ein Muss. 29.04 und 30.04.2017 in Füchtorf. Sonntags fahren die offenen Klassen mit oben genannten Motoren.

Einschränkend muss man bei obigem Vergleich natürlich erwähnen das die V8 Motoren 4-Takter sind und mit einem riesigen Kompressor bei ca. 5 Bar Ladedruck zwangsbeatmet werden.

Gucken wir mal beim F3D Pylonfliegen vorbei. Diese Klasse ist laut Reglement an einen Treibstoff mit 80% Methanol und 20% Rizinus gebunden. Motoren wie der MB40 kommen bei optimaler Abstimmung auf Leistungen von ca. 3kW. Das entspricht einer Literleistung von ca. 454kW/Liter.
Die Klasse F3T Pylon (Q40) wurde bis 2013 ebenfalls mit 80/20 bei 12mm Venturi geflogen. Ab 2014 wurde auf Synthetiksprit mit 15% Nitromethananteil bei 9mm Venturi umgestellt. Die Leistungsabgabe hat sich durch diese Umstellung nicht wahnsinnig geändert.
Beim Speedfliegen ist der Treibstoff freigestellt, solange durch diesen keine besondere Gefahr für Mensch und Umwelt besteht. Die üblichen Nitroanteile liegen zwischen 15% und 25%. Es soll schon Versuche gegeben haben den Nitroanteil auf über 40% zu schrauben. Erfolge im Sinne von höheren Geschwindigkeiten sind mir nicht bekannt, wohl aber ziemlich heftig zerstörte Motoren.

Ich persönlich fliege mit 25%. Mein Teampartner sowie die letzten Weltrekordhalter mit 20%.

Wichtig: Motoren sind für einen bestimmten Kraftstoff konstruiert und "voreingestellt". Der MB40 auf 0% Nitro. Japanische Impellertriebwerke von OS auf um die 15%. Dies betrifft in erster Linie die Verdichtung.

Merke: Ein erhöhen des Nitromethananteils geht immer einher mit einer Verringerung der Verdichtung bzw. einem erhöhen des Kopfvolumens.

Passt man die Verdichtung nicht an wird der Motor mit klopfender Verbrennung reagieren und sich in kurzer Zeit zerstören. Die Kolbenoberfläche und der Zylinderkopf sehen aus wie gesandstrahlt. Daher spricht man auch davon das der Motor "strahlt".
Ein grober Richtwert für 10cm³ und 15cm³ Motoren ist: Erhöhe ich den Nitromethananteil um 10%, so muss eine zusätzliche Kopfdichtung von 0,1mm eingebaut werden. Aber Achtung, das ist nur ein grober Richtwert!!!


Zusammenfassend möchte ich sagen:

Der Nitromethananteil im Sprit ist im Gegensatz zum Ölanteil ziemlich frei variabel. Man muss sich letztendlich auf eine Mischung festlegen für die man die Setups erarbeitet. Der Wechsel vom Sprit ohne Anpassungen des Antriebsstrangs funktioniert nicht und wird im schlimmsten Falle mit einem kaputten Motor quittiert.

Wo wir gerade beim Wechsel der Spritsorte sind:

Ein Motor der längere Zeit mit Rizinusöl betrieben wurde darf auf gar keinen Fall ohne vorhergehende Reinigung mit Synthetiköl betrieben werden.

Dies liegt daran, dass Rizinusöl Ablagerungen auf dem Kolben und der Brennraumoberfläche bildet, die sogenannte Ölkohle. Synthetiköl löst diese Schicht an. Sprich es gehen harte Partikel durch den Motor...keine gute Idee.


Weiter dann mit den praktischen Seiten unseres Sprits.

Gruß

Stefan

Wär er doch nur bei den kleinen Methanolern geblieben........

Motorschaden im Leerlauf || So dämlich || Tractor Pulling erklärt || Schluckspecht-Pulling - YouTube

Triggerprobleme am VR6 || Fehler gefunden || Tractor Pulling erklärt || Schluckspecht-Pulling - YouTube

wahrscheinlich hat er weniger als 20% Rizinus reingemischt........

Eine harte Probe für Stefan und sein Team.
Beide Motoren sind festgegangen und müssen aufwändig repariert werden.
Der Methanolantrieb ist nicht einfach.

Jetzt ist Durchhaltevermögen gefragt.

MfG Michael

Ich habe mir das in Sonsbeck angesehen, allerdings nur am Sonntag, als die Großen Klassen gefahren sind. Geile Nummer!

Beste Grüße
Oliver

Eisvogel schrieb:

wahrscheinlich hat er weniger als 20% Rizinus reingemischt.

Zum Vergrößern anklicken....

... eher das Methanol zur Ölverdünnung (Kühlung) schon beigemischt, oder vor dem Anlassen nicht ausreichend mit Schmierstoffdruck "Aufgepumpt".

.

ich dachte der DJ hat mit dem Speedfliegen aufgehört, weil er sich den Sprit nicht mehr leisten konnte.......




Wie lange ist die Motorlaufzeit mit einem 250 ml Tank?

Beim DJ reicht das genau 1sek! für den kleinen. Der Durst vom großen dürfte nicht unter Faktor 10 sein
Sollte mal beim ein oder anderen Methanolmangel sein, einfach beim Dj nachfragen ob er die ein oder andere sek übrig hat.