Das Auto Pflanzenoel (Poel) Lexikon

Gluehzuendermotor

Gluehzuendermotoren (auch einfach Gluehzuender genannt) sind Verbrennungsmotoren mit aeusserer Gemischbildung durch Vergaser in Hubkolbenbauweise, die keine gesteuerte Zuendeinrichtung (Hochspannungszuendmodule mit Zuendspule, Verteiler und Zuendkerze) besitzen. Diese Motoren werden fuer Autos der Modell-Massstaebe 1:10, 1:8, seltener fuer 1:6,5, 1:6 und 1:5 eingesetzt. Sie koennen in Zweitakt- und Viertakt-Ausfuehrung gebaut werden. Es gibt sogar einen Hersteller eines Wankel-Gluehzuenders.

Ihr Einsatzbereich liegt nahezu ausschliesslich im Modellbau. Flugzeug-, Auto-, Boots-, Traktoren-Modelle in groesseren Massstaeben (beim Auto etwa Massstab 1:10 und 1:8) werden mit Gluehzuendern ausgeruestet.

2-Takt-Gluehzuender werden in einem Hubvolumen bis etwa 30ccm hergestellt. Im RC-Carbereich werden ueberwiegend 2 bis 6,5ccm-Motoren eingesetzt. Motoren um 3ccm Hubraum arbeiten heute im Standard bis etwa 25.000/min, koennen aber mit Drehzahlen bis 40.000/min arbeiten. Bei steigendem Hubraum sinken die Drehzahlen aufgrund der bewegten Massen.

Funktionsweise

Das Funktionsprinzip aehnelt dem (heute nicht mehr hergestellten) Gluehkopfmotor.

Die Zweitakt-Ausfuehrung (haeufigste Bauform) ist ein schlitzgesteuerter Motor mit Kurbelkastenspuelung. Die Einlass-Steuerzeit wird durch eine Einfraesung an der Kurbelwelle, dem sog. Zimmermannsschieber, bestimmt.

Die Treibstoff-Entflammung erfolgt an einer dauerhaft im Rotbereich gluehenden Drahtwendel, die mit Platin-Iridium (aehnlich Katalysator) beschichtet ist. Als Treibstoff wird Methanol verwendet. Als leistungssteigernder Zusatz wird haeufig Nitromethan verwendet, der bis etwa 35% dem Methanol zugesetzt wird. Nitromethan hat zudem positive Auswirkungen auf die Zuendwilligkeit und bewirkt einen ruhigeren Leerlaufbetrieb.

Motorschmierung

Gluehzuendermotoren haben in der Regel keinen eigenen Schmierstoffkreislauf, weshalb das erforderliche Schmieroel fuer alle bewegten Bauteile des Motors dem Treibstoff zugesetzt wird. Der Schmierstoff besteht bei Car-Motoren meist aus einer Komponente Rizinusoel (mind. etwa 3%) und einem synthetischen oel speziell fuer Gluehzuendermotoren, im Modellbaujargon auch oft nur Verbrenner genannt. Flugmotoren koennen aufgrund der durch die Luftschraube effizienteren Kuehlung auch mit reinem Synthetikoel betrieben werden.

Reiner Rizinus-Betrieb zur Schmierung ist moeglich. Gesamtoelmengen von bis zu 17% sind ueblich, nur im Rennbetrieb wird unter 10% oelanteil gefahren.

Das Schmiermittel wird dem Treibstoff zugesetzt. Ein fetteres Gemisch hat daher einen positiven Effekt auf die Schmierung und Haltbarkeit des Motors.

Kuehlung

Auto- und Flugmotoren sind luftgekuehlt. Eine Verrippung der Motoroberflaeche, sowie (bei Automotoren) grosse Kuehlkoerper, die auf den Zylinderkopf montiert werden, stellen die Voraussetzungen fuer eine effiziente Kuehlung her. Bei Flugzeugmodellen wird die Kuehlung zudem durch die Luftschraube (Propeller) sichergestellt, Automodelle werden durch den Fahrtwind, Bootsmotoren koennen mit Fluessigkeitskuehlung ausgefuehrt werden. Dazu wird der Zylinderkopf anstatt mit einem Kuehlkoerper durch einen Fluessigkeitsmantel im Kopf gekuehlt. Das Medium ist das umgebende Wasser.

Ein weiterer, sehr wichtiger Faktor bei der Kuehlung von Gluehzuendern ist das Kraftstoffgemisch und die oelmenge (Schmierstoff) im Kraftstoff. Gluehzuender duerfen vom Gemisch her nicht an der Magergrenze gefahren werden, da sie sonst ueberhitzen. Eine leicht fette Einstellung des Gemisches verhindert dies. Ein hoeherer oelanteil reduziert ebenfalls die Betriebstemperatur.

Kraftstoffaufbereitung

Gluehzuendermotoren besitzen ueberwiegend einfache Drosselschieber-Vergaser, die als Drehschieber oder Axialschieber ausgelegt sind. Einstellmoeglichkeiten gibt es nur fuer die Gemischaufbereitung (Hauptduese), fuer die Leerlaufdrehzahl und das Teillastgemisch (Leerlaufgemisch).

Abgasfuehrung

Die Abgasfuehrung ist entscheidend fuer einen gleichmaessigen Lauf und die Entfaltung des Drehmomentes des Gluehzuenders, besonders in der Zweitakt-Ausfuehrung. In den meisten Faellen kommen auf den Hubraum und die Drehzahl ausgelegte Resonanzrohre zum Einsatz, die in Laenge, Form und Durchmesser auf das Schwingverhalten der meist einzylindrigen Motoren optimiert sind. Eine gute Abgasfuehrung bewirkt eine optimale Zylinderfuellung.

Spezifische Leistung

Die Hubraumleistungen der Gluehzuender sind, im Verhaeltnis gesehen, gewaltig. Ein Motor mit einem Hubraum von 2,5ccm entfaltet bei 29.000/min eine Leistung von 0,9kW, was einer Literleistung von 360kW entspricht. Bei den bis an die Grenze des machbaren hochgezuechteten 3,5ccm Motoren gibt es bereits Modelle mit ueber 2,25 kW. Tuningmassnahmen erzielen (bei stark reduzierter Lebensdauer) noch wesentlich mehr. Prototypen und Einzelanfertigungen mit Turboaufladung existieren, werden aber nicht als Standard angeboten.

Motorstart

Gluehzuender werden, um Gewicht zu sparen, im professionellen Einsatz (Wettbewerbe, Rennen) ohne eigene Startvorrichtung eingesetzt. Das Starten erfolgt dann ueber eine sog. Startbox, einen Elektromotor mit einer Reibrolle, die an die Schwungscheibe des Motors ansetzt und diesen startet. Bei Automodellen ist dieser Elektromotor meist in einer Metallbox aufgehoben, auf die das Fahrzeug passgenau aufgesetzt werden kann und zum Starten nur leicht nach unten gedrueckt werden muss.

Bei Flugmodellen kann man auch Elektrostarter einsetzen, die mit einem Gummieinsatz axial auf die Propellernase gesetzt werden und den Motor damit starten, Handanwurf ist ebenfalls meist moeglich. Reversierstarter oder auch fest angebaute Elektrostarter koennen angebaut werden. Zum Starten wird die Gluehkerze mit Spannung beaufschlagt; einige Sekunden nach dem Start kann die Spannung wieder weggenommen werden. Automatische Gluehvorrichtungen sind moeglich.

Steuerung der Entflammung (Zuendzeitpunkt)

Die Technik der Gluehzuender ist zwar einfach, ihr Betrieb erfordert jedoch eine genaue Einstellung der Einflussgroessen. Wie fuer alle Verbrennungsmotoren mit Fremdzuendung gilt auch fuer den Gluehzuender, dass ein bestimmtes Verdichtungsverhaeltnis abhaengig zum Kraftstoffgemisch, sowie ein Zuendzeitpunkt in einem engen Winkel-Bereich vor dem oberen Totpunkt einzuhalten ist, da der Motor sonst nicht funktioniert. Da die Hubraeume von Gluehzuendern sehr klein sind, bewirken bereits geringfuegige aenderungen an den Einflussgroessen grosse Veraenderungen.

Die Zuendung erfolgt ueber eine permanent gluehende Gluehkerze, sodass kein Zuendzeitpunkt am Motor eingestellt werden kann. Der richtige Zuendzeitpunkt in Abhaengigkeit zur Verdichtung und Drehzahl ist fuer den Betrieb von Gluehzuendern aber genauso wichtig wie bei allen anderen Motorenbauarten. Er ist von Einflussgroessen abhaengig, die ausserhalb des Motors liegen. Das sind im wesentlichen die Groessen Kraftstoff-Mischung, Waermewert der Gluehkerze und Verdichtung.

Kraftstoff

Der Kraftstoff fuer diese Motoren besteht aus einem Gemisch aus Methanol (Treibstoff) und Rizinus-oel oder synthetisches oel (Schmierung aller bewegten Bauteile). Zusaetzlich ist ein variabler Anteil an Nitro- Methan moeglich.

Das Nitromethan bewirkt mit steigendem Anteil eine fruehere Zuendung in einem weiten Bereich. Je mehr Nitromethan, desto frueher zuendet der Motor. (Achtung! Die Bedienungsanleitung beachten! Darin ist der hoechstmoegliche Nitromethan-Anteil festgelegt!)

Gluehkerze

Die Gluehkerze glueht beim Betrieb des Motors dauernd. Gestartet wird der Motor mittels Fremderwaermung der Gluehkerze ueber elektrischen Strom (i.d.R. 1,2 bis 2V=). Bei Betriebstemperatur glueht die Kerze durch die Platin-Iridium-Beschichtung von allein weiter und die Spannungsversorgung der Gluehkerze kann abgenommen werden.

Die Gluehkerzen werden in verschiedenen Waermewerten (aehnlich Zuendkerzen) hergestellt. Eine "heisse" Gluehkerze bewirkt eine fruehere Zuendung, eine "kalte" eine entsprechend spaetere Zuendung. Die Waermewerte gehen von 1 (heiss) bis 9 (sehr kalt). Der Zuendzeitpunkt verschiebt sich durch kaeltere Kerzen wesentlich zum Spaetzuenden.

Verdichtung

Die Verdichtung des Motors ist an sich fest eingestellt und motorinterne Veraenderungen dieses Wertes sind nur ueber mechanische Bearbeitung von Kolben oder Zylinder moeglich. Dennoch gibt es eine einfache Moeglichkeit, die Verdichtung zu aendern:

Die Gluehkerzen werden in 2 unterschiedlichen Gewindelaengen hergestellt. Die Motoren, welche lange Kerzen einsetzen koennen, kann man in der Verdichtung durch den Einsatz einer kurzen Kerze herabsetzen. (ACHTUNG! Bei Kleinstmotoren bis ca. 2ccm koennen keine Gluehkerzen mit langem Gewinde eingebaut werden, sonst schlaegt der Kolben gegen die Kerze. Ein schwerer Motorschaden ist dann die Folge!) Zudem ist die Gluehkerze mit einem Kupferring abgedichtet. Durch Einsatz von Dichtringen verschiedener Staerken kann die Verdichtung in einem weiten Bereich beeinflusst werden.

Zuletzt kann durch eine zusaetzliche oder dickere Kopfdichtung das Verdichtungsverhaeltnis beeinflusst werden, die beim Zweitakt-Gluehzuender in wenigen Minuten montiert werden kann.

Gegenseitige Beeinflussung der Groessen

Entscheidend fuer einen erfolgreichen Betrieb von Gluehzuendern ist die richtige Auswahl und Abstimmung aller drei Einflussgroessen aufeinander.

Hat man z.B. einen Motor, der fuer eine Gluehkerze mit mittlerem Waermewert (z.B. Waermewert 4) und mittlerem Nitromethananteil (z.B. 10%) ausgelegt ist, kann man, weil man z.B. die Leistung erhoehen moechte, auch Kraftstoff mit hoeherem Nitromethan-Anteil fahren. Dann muss aber eine kaeltere Gluehkerze eingesetzt werden und (oder) gegebenenfalls auch die Verdichtung (durch dickeren Dichtring an der Gluehkerze) herabgesetzt werden. Am Ende muss, wenn eine Einflussgroesse geaendert wurde, durch "Gegensteuern" der anderen beiden Einflussgroessen der Motor wieder auf Betriebsfaehigkeit eingeregelt werden. Feste Regeln hierfuer koennen nicht gegeben werden und koennen allenfalls typisiert werden. (Gleicher Hersteller von Motor, Vergaser, Gluehkerze und gleicher Hubraum). Eine Anleitung nach dem Motto: Nitromethan + 10% = Kerze 3 Waermewerte waere schoen, ist aber nicht realistisch, da sogar der Verschleissgrad des Motors (durch Auswirkung auf die Einflussgroesse Verdichtung) eine Anpassung der anderen Groessen erfordert.

Zusammenfassung der den Zuendzeitpunkt beeinflussenden Faktoren:

• Je mehr Nitromethan, desto frueher zuendet der Motor.
• Je heisser die Gluehkerze (kleiner der Waermewert) ist, desto frueher zuendet der Motor.
• Je hoeher die Verdichtung (duenner die Gluehkerzendichtung) ist, desto frueher zuendet der Motor.

Fremdzuender / Selbstzuender ?

Die Zuendungsart des Gluehzuendermotors zu kategorisieren, ist nicht eindeutig. Er besitzt zwar eine Gluehkerze, was auf Fremdzuendung hindeutet, andererseits wuerde der Gluehzuender auch laufen, wenn diese nicht vorhanden waere und nur eine kleine Flaeche im Zylinderkopf mit Platin bedampft waere, was dann auf einen Selbstzuender hinweisen wuerde. Der Gluehkopfmotor wurde als Selbstzuender eingeordnet, was auch nicht ganz richtig ist, da auch er eine Entflammungshilfe (extern aufgeheizter Zuendsack des Gluehkopfes mit einer Loetlampe) aehnlich dem Gluehzuender benoetigt.

Geschichte

Gottlieb Daimler und Wilhelm Maybach machten den von Nikolaus August Otto entwickelten Gasmotor fuer die Verwendung von fluessigen Kraftstoffen, speziell Benzin verwendbar. Im Jahr 1883 melden Daimler und Maybach unter der Patent-Nummer DRP Nr. 28022 einen sogenannten "Gasmotor mit Gluehrohrzuendung" an. Das war der erste schnellaufende 4- Takt-Benzinmotor der Weltgeschichte. Die Hochspannungszuendung mit einem Zuendfunken entstand erst ueber 2 Jahrzehnte spaeter. Die Gluehrohrzuendung war ein fremdgeheiztes, gluehendes Roehrchen im Zylinderkopf, das die Entflammung des Gemisches sicherstellte. Somit waren die ersten Benzinmotoren ueberhaupt eigentlich Gluehzuendermotoren.

Weitere Faktoren

Methanol ist stark hygroskopisch, es zieht also Wasser aus der Umgebungsluft an. Dadurch aendert sich der Brennwert (der Kraftstoff altert). Infolgedessen kann eine geaenderte Einstellung des Motors erforderlich werden. Durch einen geringfuegig erhoehten Nitromethan-Anteil kann das kompensiert werden.

Der oelanteil hat ebenfalls einen Einfluss auf die Leistung des Motors. Je geringer er ist, desto besser ist die Verbrennung. Hier sind jedoch Grenzen gesetzt. Mit synthetischem oel kann man geringere Anteile realisieren, Werte wie bei richtigen Zweitaktern sind bei Gluehzuendern jedoch nicht erreichbar.

Vorsichtsmassnahmen

Gluehzuendermotoren werden im Modellbau verwendet. Modelle duerfen nicht mit Spielzeug verwechselt werden. Die Treibstoffe Methanol und Nitromethan sind stark giftig und gehoeren nicht in die Hand von Kindern. Das Verschlucken von geringsten Mengen kann schwerwiegende Folgen sowie den Tod nach sich ziehen! Beide Substanzen sind leicht entflammbar, explosiv und brandfoerdernd.

Vom Motor selbst geht ebenfalls bei unsachgemaesser Verwendung eine Gefahr aus. Kinder unter 14 Jahren duerfen Verbrenner-Modelle nur in Begleitung eines Erwachsenen betreiben.