Der Verbrennungsmotor

Es gibt Kolbenmotoren ab 0,3ccm, nach oben gibt es praktisch keine Begrenzung. Kolbenmotoren arbeiten entweder nach dem 2-Takt Prinzip, besonders bei größeren Modellmotoren immer mehr auch als 4-Takter. Zu den Verbrennungsmotoren zählen auch die Wankelmotoren, sowie im weiteren Sinne auch die Turbinen und Staustrahltriebwerke.
Allen Verbrennern ist gemeinsam, daß sie mehr oder weniger giftigen Treibstoff benötigen (meist Methanol mit diversen Zusätzen) und dass sie sehr viel Lärm verursachen. Besonders die 2-Takt Motoren neigen dazu, wegen ihres hohen Schmierstoffanteiles im Krafstoff, die Modelle stark zu verschmutzen.
Unschlagbar sind die Verbrenner jedoch im Gewichts/Leistungsverhältnis. Schon kleine 2-Takter erzeugen locker zwei bis fünf mal mehr Schub als sie selber wiegen!

2-Takt Motoren

2-Takt Motoren für Flugmodelle sind Kolbenmotoren mit meist einem, aber auch mehreren Zylindern. Wir unterscheiden 2 Arten von 2-Taktern, die Selbstzünder und die Glühzünder.
Bei den Selbstzündern wird das Kraftstoff - Luft Gemisch alleine durch die hohe Kompression gezündet. Der Kolben presst das Gemisch im Brennraum auf ein so kleines Volumen zusammen, dass es sich von alleine entzündet. Dieses Prinzip finden wir vor allem bei älteren Motorkonstruktionen. Die Motoren haben den Nachteil sehr unruhig zu laufen und sie lassen sich nur schlecht oder gar nicht drosseln. D.h. sie laufen immer mit voller Drehzahl.
Modernere Konstruktionen sind in der Regel Glühzünder. Im Brennraum - meist im Zylinderkopf- sitzt eine Glühkerze, welche mittels einer Batterie zum Glühen gebracht wird. Im Inneren der Glühkerze sitzt ein kleiner Draht, der sich bis zur Rotglut erhitzt. An diesem Draht entzündet sich das Gemisch und hält den Glühdraht bei laufendem Motor durch die Verbrennungshitze weiter am Glühen. Nachdem der Motor gestartet ist, muss die Kerze also nicht weiter mit Strom versorgt werden. Da hier keine so hohe Kompression erforderlich ist, läuft der Glühzündermotor viel ruhiger und lässt sich auch in der Drehzahl in einem weiten Bereich regeln. Bei ferngelenkten Modellen kann der Glühzündermotor im Flug in der Leistung geregelt werden. Also zum Beispiel Vollgas zum Start, oder langsamste Drehzahl bei der Landung.
2-Takter haben einen Zerstäuber oder Vergaser, in dem die angesaugte Luft mit dem Kraftstoff aus dem Tank gemischt wird. Das Gemisch strömt, bedingt durch den Unterdruck, in das Kurbelgehäuse, während der Kolben sich nach oben bewegt. Wenn der Kolben nach unten geht, dann schließt sich ein Ventil im Ansaugweg (bei kleinen Motoren meist ein Flatterventil, bei aufwendigeren Konstruktionen z.B.auch ein Drehschieber) so daß das Gemisch nicht mehr durch den Ansaugweg zurück kann. Im Kurbelgehäuse erhöht sich nun der Druck. Ist der Kolben fast unten angekommen, dann gibt er spezielle Kanäle frei, durch welche das Gemisch von unten, aus dem Kurbelgehäuse nach oben, in den Brennraum gepresst wird.
Wenn nun der Kolben wieder nach oben fährt, schließen sich zunächst diese Kanäle, indem sie vom Kolben verdeckt werden. Dann wird das Gemisch in der Brennkammer (das ist der Bereich oberhalb des Kolbens im Zylinder) verdichtet, bis es sich schließlich an der glühenden Kerze entzündet. Das geschieht etwa in dem Moment, wenn der Kolben ganz oben ist. (Für die, die es ganz genau wissen wollen: das Gemisch zündet schon vor erreichen des "oberen Totpunktes", was ja auch Sinn macht, da die Verbrennung ja eine zwar sehr kurze, aber doch spürbare Zeit dauert) Das gezündete Gemisch drückt dann mit großem Druck den Kolben nach unten. Auf seinem Weg nach unten gibt der Kolben dann die Auslasskanäle frei, durch welche das verbrannte Gemisch den Brennraum verlässt.
Die Auspuffgase werden dann meist durch einen Schalldämpfer ins Freie geleitet. Hier gibt es spezielle Konstruktionen, z.B. das Resonanzrohr, durch welches die Leistung des Motors noch einmal gesteigert werden kann.
Es gibt viele unterschiedliche Konstruktionen der Ein- und Auslasskanäle, duch geschickte Gestaltung des Kolbenbodens wird die Verbrennung optimiert und anderes mehr.
Dem Kraftstoff wird ein gewisser Anteil an Schmierstoffen, meist Rizinusöl aber auch Mineralöle, beigemischt. Die Schmierstoffe verteilen sich im Kurbelgehäuse, den Lagern und an der Zylinderlauffläche und sorgen überall im Motor für eine gute Schmierung. Nachteilig ist, daß unverbrannte Schmierstoffreste das Modell stark verunreinigen.
Die 2-Takter machen selbst mit Schalldämpfer noch viel Lärm, so dass sie in der Regel nicht in der Nähe von Wohngebieten betrieben werden sollten.
Die benötigten Kraftstoffe sind ziemlich giftig und alles andere als Umweltfreundlich!
Großer Vorteil der 2-Takter ist die einfache Konstruktion mit relativ wenig bewegten Teilen, was ein niedriges Gewicht und nicht zuletzt einen erträglichen Preis bewirkt. Es gibt natürlich hochgezüchtete Rennmotoren, die ein vielfaches kosten können.
Zu Anfang tut es aber auch ein gebrauchter Motor, den Du oft für wenig Geld von einem Vereinskameraden bekommen kannst. Dann wird man Dir den Motor sicher auch gleich erklären und vorführen!

Betrieb
Zum Betrieb eines 2-Takters benötigst Du neben dem eigentlichen Motor natürlich einen Tank, (bei einigen kleinen Motoren ist dieser bereits angebaut), Eine Starterbatterie (nicht für Selbszünder), den Entsprechenden Kraftstoff und eine passende Lufschraube.
Die Lufschraube wird auf die Kurbelwelle geschraubt, und dient dem Motor zugleich als Schwungmasse.
Montiere den Motor zum Einlaufen auf einen Motorträger, den Du mit Schraubzwingen z.B. an einem Tisch befestigen kannst. Wegen der giftigen Abgase darfst Du den Motor aber auf keinen Fall im Zimmer betreiben! Gehe also ins Freie, zumindest auf den Balkon!
Genaue Hinweise zur Einstellung des Vergasers findest Du in der Betriebsanleitung des Herstellers. Verbinde den Tank und Motor mit Kraftstoffschlauch und fülle den Tank.
Kaftstoff gelangt in den Motor indem Du zunächst mit einem Finger den Vergaser zuhältst und den Propeller einige male drehst. Durch den Unterdruck im Kurbelgehäuse wird dadurch der Kraftstoff durch die Kraftstoffleitung bis in den Motor gesaugt. Bei durchsichtigem Schlauch kannst Du das sehr gut beobachten. Vor dem Starten kannst Du auch noch mit einer Spritze ein klein wenig Kraftstoff direkt in den Brennraum geben. Bei den kleinen Motorchen ohne Schalldämpfer geht das direkt durch die Auslassschlitze im Zylinder. Bei Motoren mit Schalldämpfer findet sich meist eine kleine Bohrung seitlich im Dämpfer , durch welche der Kraftstoff eingespritzt werden kann.
Verbinde nun die Glühkerze mit der Starterbatterie. Jetzt drehe die Luftschraube mit Zeige und Mittelfinger mit Schwung in Drehrichtung. Kleinere Motorchen haben zum Starten oft eine Federmechanik. Hänge die Feder in die Luftschraube ein und drehe langsam gegen die Laufrichtung. Wenn Du die Schraube nun freigibst, wird sie mit Schwung angedreht.
Wenn der Motor richtig eingestellt ist, dann sollte er nun mehr oder weniger flott laufen. Meist benötigst Du aber mehrere Versuche, bis der Motor startet. Abhängig von Temperatur, Kraftstoff und Herstellungstoleranzen sind die Herstellerangaben zur Grundeistellung nur grobe Richtwerte. Normalerweise musst Du mit den Einstellungen noch eine Weile experimentieren, bis das Motorchen läuft.
Läuft der Motor langsam und ungleichmäßig, spritzt gar unverbrannter Kraftstoff aus dem Auspuff oder den Auslassschlitzen, dann ist das Gemisch zu fett. D.h. es ist zu viel Kraftstoff im Gemisch. Drehe dann die Düsennadel weiter zu.
Läuft der Motor kurz an und dreht sehr schnell hoch um nach wenigen Sekunden stehen zu bleiben, dann ist das Gemisch zu mager. D.h. es ist zu wenig Kraftstoff im Gemisch. Drehe dann die Düsennadel weiter heraus.
Wenn der Motor gleichmäßig läuft, kannst Du die Starterbatterie abnehmen. Wenn der Motor jetzt abstirbt musst Du noch ein wenig nachjustieren.
Bei größeren Motoren erleichterst Du Dir das Starten erheblich, indem Du eine Elektrostarter verwendest. Der wird einfach vorne auf den Propeller gedrückt, und der Motor dadurch angedreht. Das solltest Du aber erst bei einem richtig eingestellten Motor machen. Wenn nämlich das Gemisch zu fett eingestellt ist, kann sich schnell so viel Kraftstoff im Brennraum oder Kurbelghäuse ansammeln, dass der Motor voll ist. Da sich Flüssigkeiten nicht (na- jedenfalls kaum) komprimieren lassen, kann der Motor blockieren und sogar die Kurbelwelle oder das Pleuel brechen.
Die ersten 5 - 10 Tankfüllungen solltest Du den Motor langsam laufen lassen, und erst von mal zu mal die Drehzahlen langsam steigern, damit die Lager und Laufflächen sich einlaufen können.
Pass beim Anwerfen auf Deine Finger auf! Schon kleine Motorchen können ganz schön zuschlagen, und bei größeren Motoren kannst Du Dich ernsthaft verletzen, wenn Du an den laufenden Propeller kommst!
Der Motor wird zwar vom Propellerwind gekühlt, vor allem der Zylinder kann aber im Betrieb recht heiß weden, also aufgepasst!

Für aufwendigere Motorkonstruktionen mit Drosselvergaser, Leerlaufgemischregelung usw. kann ich hier nicht im Einzelnen die notwendigen Einstellungen beschreiben. Das würde zu weit führen. Nimm hierfür die Betriebsanleitung zur Hilfe oder informiere Dich in der Fachliteratur.
Jede Menge Tips und Tricks erfährst Du vor allem von den "Alten Hasen" in Modellsportvereinen, die Dir ihre Erfahrungen gerne weitergeben.

Einbau im Modell
Die Motoren lassen sich meist in beiden Richtungen betreiben (es gibt Ausnahmen!) und somit als Zug- oder Druckantrieb einsetzen. Im Allgemeinen ist es von Vorteil, den Motor vorne einzubauen und ziehen zu lassen. Dann liegt der Motor direkt im Luftstrahl des Propellers und wird dadurch besser gekühlt. Beim Heckantrieb musst Du wegen der Kühlung auf ausreichende Frischlufzufuhr, vor allem an den Zylinder, achten.
Wegen der Vibrationen muß die Motorhalterung sehr stabil ausgeführt werden. Die Motoren haben aber ausreichend Kraft, so daß Du nicht allzu penibel auf Leichtbau achten musst.
Der Motor sollte zwecks Wartung, Reinigung und Einstellarbeiten leicht zugänglich bleiben. Das Modell muss mit kraftstofffesten Farben angemalt oder mit entspechenden Folien bespannt sein. Die im Flugmodellbau üblichen Materialen wie (Balsa-)Holz und Styropor lösen sich sonst langsam auf, wenn sie mit dem Kraftstoff in Berührung kommen. Einige Klebstoffe sind auf Dauer ebenfalls nicht Kraftstofffest.

4-Takt Motoren

Prinzip
Der 4-Takter ist ebenfalls ein Kolbenmotor. Im Gegensatz zum 2-Takter muss hier der Kolben 2 mal rauf- und runterfahren, um einen Arbeitszyklus zu vollenden. Das Gemisch wird ebenfalls an einer Glühkerze gezündet, bei größeren Motoren gibt es auch richtige Zündkerzen, welche das Gemisch im genau richtigen Moment mittels eines Hochspannungsfunkens zünden.
Im Zylinderkopf, oberhalb des Brennraums befinden sich die Einlass- und Auslassventile, welche meist über Kipphebel und Stößelstangen von der Kurbelwelle gesteuert werden.
Der 4-Takter ist bei gleicher Leistung meist schwerer als ein entsprechender 2-Takter. Vorteilhaft ist aber sein ruhigerer Lauf. Auch die Geräuschentwicklung ist wesentlich geringer als die eines vergleichbaren 2-Takters. Der Motor kann meist sogar ohne extra Schalldämpfer geflogen werden, was insbesondere bei Scale-Modellen oft von Vorteil ist.
Von Nachteil ist der hohe Preis, der durch die Vielzahl an präzisen Einzelteilen (und wohl auch durch die geringeren Stückzahlen bei der Herstellung) bedingt ist.

Turbinen

Turbinenantriebe sind eher etwas für Spezialisten, ich möchte sie hier nur der Vollständigkeit halber erwähnen. Modelle mit Turbinenantrieb können weit über 300 Km/h erreichen!

Die einfachsten Turbinen für den Modellbau sind die Staustrahl- oder Pulsotriebwerke. Im Prinzip eine Brennkammer mit angeflanschtem Endrohr (Resonanzrohr).
Die Luft wird vom Fahrtwind vorn in das Triebwerk gepresst. Auf diesem Weg saugt sie Brennstoff an und mischt sich. Das Gemisch entzündet sich an einer Glühkerze und explodiert. Durch den Überdruck schließen sich die Flatterventile am Lufteinlass. Dadurch wird verhindert, dass der Schub nach vorn entweicht. Das explodierende Gemisch dehnt sich stark aus und verlässt mit hoher Geschwindigkeit das Rohr nach hinten. Dadurch entsteht ein erheblicher Schub, der das Modell nach vorn beschleunigt.
Zum Starten benötigt das Triebwerk Pressluft, mit der es von vorn angeblasen wird. Im Stand haben die Triebwerke kaum Schub, sie bleiben gerade eben am Laufen. Die Modelle werden daher meist mit einem langen Gummikatapult auf Startgeschwindigkeit gebracht. Ab einer gewissen Geschwindigkeit wirkt der Fahrtwind und füllt das Triebwerk mit reichlich Gemisch.
Staustrahltriebwerke sind nicht regelbar, und laufen daher immer mit Vollschub, solange Kraftstoff vohanden ist.
Vorteile sind der einfache Aufbau (außer den Flatterventilen gibt es keine beweglichen Teile!) und der hohe Schub, der bei steigender Geschwindigkeit noch zunimmt.
Von Nachteil ist der hohe Verbrauch und der extreme Lärm.

Eine ganz feine Sache sind die echten Turbojets. Seit wenigen Jahren sind sie so klein herstellbar, daß sie nun auch für den Modellbau interessant werden. Mit einem Elektrostarter im Modell sind sie jederzeit zu starten und die Leistung ist in weitem Bereich regelbar.

Funktionsprinzip:
In einem länglichen Rohr dreht sich eine Achse. Vorn auf der Achse sind Schaufelräder, der Kompressor, angebracht, welche die Luft ansaugen und komprimieren. Die komprimierte Luft strömt in die Brennkammer und mischt sich mit Treibstoff (z.B. Kerosin) An einer Glühkerze entzündet sich das Gemisch. Während es sich stark ausdehnt verlässt das Verbrennungsgas mit hoher Geschwindigkeit die Turbine nach hinten.
Der Trick ist nun, daß das Gas auf diesem Weg noch ein paar Schaufelräder passieren muss, welche auf der gleichen Achse wie der Kompressor angebracht sind. So treibt das Abgas vor dem Verlassen des Triebwerkes noch den Kompressor an.

Vorteile der Turbojets sind die Regelbarkeit und der hohe Schub, auch schon im Stand.
Nachteilig sind der Verbrauch, die hohen Abgastemperaturen und der Lärm.