Antrieb
Der Antrieb
Elektromotoren
Bürstenmotoren
Bürstenlose Motoren
Der bürstenlose Motor besteht in seiner einfachsten Form aus dem Stator mit seiner dreiphasigen Wicklung. Er erhält über einen BL-Regler den Strom. Der beidseitig gelagerte Drehstrom-Läufer hat keine galvanische Verbindung mit der Ständerwicklung, er enthält einen oder mehrere Magneten. Das Magnetfeld des Läufers hat das Bestreben, dem Drehfeld in der Statorwicklung zu folgen, das heißt, der Läufer dreht sich mit annähernd der gleichen Geschwindigkeit wie das Ständerdrehfeld.
Der grösste Vorteil des bürstenlosen Motors ist darin begründet, dass er keine Kohlebürsten benötigt, die verschleissen, Wärme entwickeln und Störungen verursachen können. Bürstenlose Motoren verwerten die ihnen zur Verfügung gestellte Energie deutlich besser, als Bürstenmotoren. Sie sind absolut verschleissarm und äusserst robust.
Außenläufer
Innenläufer
Verbrennungsmotoren
Mit Verbrennungsmotoren sind Motoren gemeint, die mindestens einen durch Explosionen angetriebenen Kolben besitzen.
Man unterscheidet zwischen 2-Takt- und 4-Takt-Motoren
2-Takt
Kommt noch...
4-Takt
Im Gegensatz zum 2-Takt-Motor benötigt der 4-Takt-Motor für einen Verbrennungszyklus 2 komplette Umdrehungen. Der Aufbau ist etwas anders als beim 2-Takt-Motor. Der 4-Takt-Motor besteht im Wesentlichen aus Kolben mit Pleuelstange, Zylinder, Kurbelgehäuse mit Kurbelwelle und Ventiltrieb. Das Wirkungsprinzip wurde von Nikolaus Otto um 1865 entwickelt und ist auch heute noch gültig. Der Ottomotor ist ein Hubkolbenmotor, der die Auf- und Abbewegung des Kolbens über eine am Kolben befestigte Pleuelstange auf die Kurbelwelle überträgt.
Die vier Arbeitstakte bestehen aus:
Erster Takt:
Ansaugen des Benzin-Luftgemisches des Vergasers durch das Einlassventil bei geschlossenem Auslassventil. Der Kolben bewegt sich nach unten.
Zweiter Takt:
Der sich nach oben bewegende Kolben verdichtet bei geschlossenen Ventilen das Gas und erwärmt es hierbei.
Dritter Takt:
Beide Ventile sind geschlossen. Im Moment der größten Verdichtung (wenige Winkelgrad vor dem oberen Totpunkt (OT)) wird das Benzin-Luft-Gemisch durch die Zündkerze gezündet. Durch die explosionsartige Verbrennung wird der Kolben nach unten gedrückt, es wird an ihm Arbeit verrichtet.
Vierter Takt:
Die verbrannten Abgase werden durch das geöffnete Auslassventil durch den sich nach oben bewegenden Kolben ausgestoßen.
Zu bemerken ist noch, daß sich die Kurbelwelle zwei mal dreht, um alle 4 Takte zu durchlaufen.
Der Viertaktmotor zeichnet sich vor allem durch eine grössere Leistungsausbeute, als der 2-Takt-Motor, aus. Er benötigt keine Gemischschmierung, sondern er besitzt einen komplett geschlossenen Ölkreislauf.
Eine Flash-Animation zum Funktionsprinzip findet man hier.
Zusätzlich kann man noch nach dem verwendeten Treibstoff unterscheiden.
Methanol
Methanol ist der einfachste Alkohol (CH3-OH). Er verbrennt brennt an normaler Luft mit farbloser und unsichtbarer Flamme. Er wird immer in Verbindung mit einem synthetischen Öl oder Rizinusöl verwendet. Teilweise wird auch Nitromethan zu gesetzt.
Allgemein werden für die Kraftstoffmischungen die jeweiligen Mischungsverhältnisse volumen- oder gewichtsbezogen angegeben.
- Bsp: Methanol mit 12% Öl und 10% Nitro
Der Nitroanteil im Methanol-Öl-Gemisch verbessert nicht die Kühlung des Motors. Die Kühlung erfolgt einzig und allein durch den Öl-Anteil; aber um Mischungen mit hohem Ölanteil noch zündfähig zu halten, wird Nitromethan hinzugemischt.
Wegen des hohen Preises im mitteleuropäischen Raum werden nur geringe Anteile (1-10%) von Nitromethan verwendet; im Gegensatz zum US-amerikanischen und asiatischen Raum mit Anteilen von 20-30%.
Benzin
Beim Benzin handelt es sich um kurzkettige Kohlenwasserstoffe (um 8 Kohlenstoffatome), die leicht entflammbar sind.
Bei benzinbetriebenen Motoren kann zur Leistungssteigerung ein Zusatz von Nitromethan zum Benzin von bis zu 30 Prozent erfolgen.
Turbinen
Funktionsweise
Turbinen sind Antriebsaggregate, die durch Verbrennung von Kerosin (Petroleum und andere brennbare Kohlenwasserstoffe, Propan z.B., sind je nach Turbine ebenso möglich) in einem fortlaufenden Prozess Antriebsleistung erzeugen. Sie saugen die umgebende Luft durch ein Lüfterrad an, verdichten die Luft (bei Modellturbinen sind das ansaugende Lüfterrad und die Verdichtungsstufe ein und dasselbe Lüfterrad) und leiten sie durch eine Brennkammer, wo Treibstoff eingespritzt und entzündet wird. Durch die Verbrennung des Treibstoffes erfolgt eine Erhitzung und dadurch eine Expansion des Luft/Abgasgemisches, welches dann durch ein weiteres "Lüfterrad", der eigentlichen Turbine, geleitet wird.
--Bild Modellturbine einfügen--
Wie wird aber das Lüfterrad, welches für das Ansaugen und Verdichten der Luft zuständig ist, angetrieben? Das Lüfterrad und das Turbinenrad sind durch eine starre Welle fest miteinander verbunden. Dies ist der Turbinenläufer. Läuft das Turbinenrad, läuft somit auch das Lüfter/Kompressorrad.
--Bild Schema-/Schnittzeichnung Modellturbine einfügen--
Turbine starten
Man läßt eine Turbine an, indem man den Turbinenläufer beschleunigt (durch Druckluft oder einen kleinen Elektromotor). Dadurch wird auch das Lüfterrad, welches die Luft ansaugt, beschleunigt und somit strömt verdichtete Luft durch die Turbine. Wird jetzt Propangas in die Turbine eingespritzt und entzündet, so kann der Turbinenläufer weiter beschleunigt werden. Die Druckluft (oder der Elektromotor) wird jetzt nicht mehr benötigt, da die Turbine selbst weiterläuft. Die mit der Verbrennung von Propangas liefert aber nicht genug Energie, um der Turbine noch Leistung abzuverlangen. Hier kommt der eigentliche Treibstoff ins Spiel: man spritzt einfach zusätzlich Kerosin in die Brennkammer der Turbine ein. Damit steht nun mehr Verbrennungsenergie zur Verfügung, mit der die Turbine weiter beschleunigt werden kann, welche somit mehr Antriebsleistung erzeugt. Das Propangas wird nun nicht mehr benötigt, da die Turbine mit Kerosin läuft. Und, voila, eine laufende Turbine.
TIP: Zum Thema Modellstrahltriebwerke sei hier das Buch Modellstrahltriebwerke von Thomas Kamps (Vth-Verlag, ISBN 3881800719, 2003) ans Herz gelegt. Es beschreibt den Selbstbau eines Strahltriebwerks, welches sich für Modelljets einsetzen läßt, aber nicht für Modellhubschrauber. Es ist trotzdem eine interessante Lektüre.
Wer sich auf das Abenteuer Turbine + Hubschrauber einläßt, sollte eine dicke Brieftasche haben, hier kann man schnell einen fünfstelligen Betrag loswerden. Der Einsatz von Turbinen in Modellhubschraubern ist trotzdem die Oberklasse der Modellhubschrauberei. Die Leistung und die Größe einer Turbine schreiben einfach eine Mindestgröße beim Modell vor, diese dürfte so in etwa bei 1,80-2m Rotordurchmesser liegen.
Modellhubschrauber und Turbinen
Im Gegensatz zu Modelljets mit Turbinen (hier wird die Schubkraft der erhitzten Luft als Antriebsquelle verwendet) wird bei Hubschraubern die Leistung direkt von der Turbinenwelle abgenommen und über ein mehrstufiges Getriebe an den Hauptrotor und den Heckrotor abgegeben. Eine Ausnahme bilden hier die 2-Wellenturbinen: hier wird die Leistung nicht direkt von der Turbinenwelle abgenommen, sondern die Leistung wird von einer zweiten Stufe mit eigener Welle und Turbinenrad erzeugt und abgegeben (das Turbinenrad der zweiten Welle wird vom Abgasstrom der ersten Turbinenstufe angetrieben).
Bemerkenswert sind noch die Drehzahlen: eine Modellturbine dreht mit bis zu 170.000 Umdrehungen pro Minute!