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Heißluftmotoren
Vakuummotor/Flammenfresser
(09.2005 und 11.2009)
Das Wunsch, einen Stirlingmotor zu bauen, wurde bei mir geweckt, als
mir der Heißluftmotor aus meiner Kindheit mal wieder in die
Hände fiel. Und wie das im Leben so ist, man hütet seine Jugenderinnerungen
wie einen Schatz und will sich nach Jahren das Motörchen mal wieder
anschauen und bekommt feuchte Augen, nicht nur weil Jugenderinnerungen
wach werden, sondern weil der Motor nicht mehr so aussieht wie damals.
Ich war schon kurz davor den Motor wegzuwerfen, doch dann habe ich mich
entschlossen (ich hatte leider zu diesem Zeitpunkt weder Dreh- noch Fräsmaschine)
eine Restauration durchzuführen. Wie auf den Bildern zu sehen, hatte
der Motor aus dem Jahr 1952 hatte die Zeit nicht so überlebt, wie
es hätte sein müssen. Die Gussteile (Zinkdruckguss) des Motors
wie Kurbelwellengehäuse mit Wasserkühlung sowie das Schwungrad
waren durch Zinkfraß ("Zinkpest") regelrecht zerbröselt. Nur
die Eisenteile wie Zylinder mit Kolben, Pleuel, sowie das Ein- und Auslassventil
und die Kurbelwellenlager waren in Ordnung. An Ersatzteile zu denken war
illusorisch, da die Firma Honsel KG (Hangelar/Siegkreis) schon sehr früh
die Produktion dieses Motors einstellte.
Damals war dieser Motor neben den sonst üblichen Dampfmaschinen
schon etwas besonderes. Es ist ein Rebi-Heißluftmotor, der in die
Kategorie der Vakuummotoren (auch Flammenfresser genannt) gehört.
 
Bedienungsanleitung des REBI-Motors
als pdf

So ungefähr sah der Motor aus, bevor ich ihn restauriert
habe.
Wie zieht man so eine Restauration durch? , indem man aus Messing die
erforderlichen Gussteile "nachempfindet".
Alles wurde in mühevoller Handarbeit ausgesägt , passend
gefeilt und verlötet. Ja, das war richtig Arbeit, aber was soll man
machen, wenn man keine Fräsmaschine hat. Es lebe die alte Handwerkskunst.
Das Schwungrad habe ich allerdings auf meiner, mittlerweile zugelegten,
Drehmaschine
angefertigt.
Dieser Rebi-Motor ist insofern eine Besonderheit, weil er sich sehr schön
über das Auslassventil (Video)
in der Drehzahl verstellen lässt, indem die Sprunghöhe des Flatterventils
eingestellt wird. Das Typenschild des Motors:

Nachtrag (11.2010):
Nachdem ich den Nachbau des Rebi-Flammenfressers erfolgreich beendet
hatte und ich gemerkt habe, wie gut ein Kolben aus Graphit funktioniert,
habe ich mich entschlossen, das Original ebenfalls auf Graphitkolben
umzurüsten. Der Motor musste mittlerweile mit dem Gusskolben sehr
lange vorgeheizt werden, bis er "ansprang". Ich kann mich noch erinnern,
dass man bei diesem Motor, auch als er neu war, fast 5 Minuten vorheizen
musste. Das wurde im Laufe der Zeit immer schlechter. Mit dem Graphitkolben
ist es ein Genuss diesen Motor anzuwerfen. Er läuft nach wesentlich
kürzerer Vorheizzeit gegenüber dem Gusskolben an. Wenn sich Schwitzwasser
bildet, bleibt der Motor zunächst einmal stehen, bis das Schwitzwasser
verdampft ist. Die Leerlaufdrehzahl ist wegen der geringeren
Reibung höher und die Höchstdrehzahl hat sich merklich verbessert.
Der Umstieg auf Graphitkolben war ein voller Erfolg.
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Nachbau des Rebi-Heißluftmotors
(11.2009)
Da der Rebi-Motor wegen des Auslassventils ein schönes kerniges
Lanz-Geräusch hat, habe mich entschlossen, diesen Motor in modifizierter
Form nachzubauen.
Als Grundlage wurde der Flammenfresser
von Bachmann herangezogen. Zunächst habe ich Skizzen
vom Original-Rebi-Motor und Teile des Bachmann-Motors angefertigt.
Es ist zu beachten, dass der Motor von Bachmann nicht direkt mit dem
Rebi-Motor verglichen werden kann, denn der Rebi-Motor hat im Gegensatz
zum Bachmann-Motor ein Auslassventil. Daher auch die anders geformte Steuernocke
des Bachmann-Motors.
Die Kurbelwelle habe ich entgegen dem Bauplanvorschlag geteilt, nachdem
sich herausgestellt hatte, dass ohne Justierhilfsmittel kein vernünftiger
Rundlauf der Kurbelwelle zu erreichen ist, wenn sie, wie vorgesehen, zu
einer Einheit hart zusammengelötet wird.
Beide Kurbelwangen müssen nun jeweils in zwei Kugellagern geführt
werden. In eine Kurbelwange wird ein Schlitz gefräst, in den der Stift
der anderen Kurbelwange eingreift. Die Nockenscheibe ist ähnlich geformt
wie beim Rebi-Motor und der Zylinder erhält einen Zylinderkopf mit
Einlassschieber und Auslassventil (Flatterventil). Der Arbeitskolben wurde
aus Graphit hergestellt. Auf dem linken Bild sind die Einzelteile aufgeführt,
die rechten Bilder zeigen den fertigen Motor. Die Nockenscheibe ist aus
Messing, das kugelgelagerte Andrückrad, der Einlassschieber, das Auslassventil
und die Einlassschieberstange sind aus Eisen.
Die Nocke habe
ich übrigens ganz einfach hergestellt:
erst mal der Drehmaschine auf 21 mm rundgedreht, dann mit einer
Schablone einen großen Halbkreis so angerissen, dass sich später
ein Hub von ca. 6 mm ergibt, dann auf der Schleifmaschine den Halbkreis
grob vorgeschliffen und mit einer Feile den Rest sauber hingefeilt.
Ist zwar ein bisschen Arbeit, aber das Resultat ist einwandfrei,
wenn man feilen kann (Detailfoto
der Nocke).
Die Steuerzeiten des Originalmotors sind ungefähr:
Einlassventil beginnt zu schließen bei ca. 90°
UT und ist bei ca. 50° geschlossen. Einlassventil beginnt zu öffnen
bei ca. 0° OT.
Die Steuerzeiten werden optimal mit Verdrehen und Fixieren der Nocke
festgelegt. Ich habe die Nocke so eingestellt, dass in Ruhestellung (Nocke
steht senkrecht) der Kolben ca. 120° UT steht. Siehe hierzu auch die
Bilder.
Der Motor "läuft" selbst mit dem kleinen Schwungrad ( 70 mm Ø
und ca. 200 g schwer) phantastisch.
Eine Eigenart hat der Flammenfresser wenn er kalt ist. Er "springt"
zwar beim Anlegen der Flamme sofort an, bleibt dann aber, je nachdem wie
stark sich Schwitzwasser bildet, stehen. Das macht sich beim Graphitkolben
gegenüber einem Gusskolben stärker bemerkbar, weil hier die Reibung
zu groß wird. Ist der Motor jedoch insgesamt angewärmt, dann
steht einem tadellosen Lauf nichts mehr im Wege.
Habe inzwischen das große Schwungrad ( 90 mm Ø und ca.
320 g schwer) ausprobiert und der Motor funktioniert hiermit genauso
gut, d.h. er erreicht auch die Höchstdrehzahl wie mit dem kleinen
Schwungrad, der Langsamlauf ist mit großen Schwungrad allerdings
etwas besser, trotzdem habe ich das große Schwungrad auf 280
g abgespeckt, damit die Drehzahländerung nicht ganz so träge
erfolgt.
Ein Flammenschutz wie beim Originalmotor hat sich nicht bewährt,
da die Flamme in ihrem Brennverhalten gestört und dann bei hohen Drehzahlen
ausgeblasen wird, bzw. die hohen Drehzahlen auch nicht mehr erreicht werden.
Das
Bild zeigt, dass dieser Motor seinem Namen "Flammenfresser" wahrlich gerecht
wird. Auf dem Bild ist bei genauem Betrachten zu erkennen, dass der Docht
des Brenners aus Messinggaze ist. Das ist neben einem Glasfaserdocht auch
eine gute Möglichkeit einen lebenslangen Docht zu erhalten. Die Gaze
gibt es bei http://www.hytta.de
Änderungen:
- habe den Einlassschieber aus Graphit gemacht. Es hat
sich herausgestellt, dass am Einlassschieber - obwohl hochglanzpoliert
- kleinste Messingpartikel haften bleiben und dadurch auf dem polierten
Zylinderkopf leichte Riefen entstehen. Beim Originalmotor ist der
Zylinderkopf aus Gusseisen und der Schieber aus Messing und bei dieser
Kombination habe ich keine Probleme feststellen können. Beim Auslassventil
treten diese Probleme nicht auf, weil hier nur eine vertikale Bewegung
erfolgt. Der Graphit-Einlassschieber hat sich inzwischen bewährt und
hat den großen Vorteil, dass die bewegliche Masse reduziert ist und
obendrein ist die Reibung dieses Schiebers auf Messing geringer.
Das alles kommt der Drehzahl zugute. Ich erreiche jetzt mehr als
1200 U/Min. Einen Flammenfresser mit diesem Drehzahlbereich (400-
knapp 1300 U/Min) habe ich bisher noch nicht gesehen!
- eine weitere Änderung betrifft die Geräuschbildung. Gewollt
ist das "Auspuffgeräusch" des Auslassventils. Es treten aber an dem
Nocken-/Andrückrad und der Einlassventilstange metallische Geräusche
auf, die nicht gewünscht sind. So gibt es am Andrückrad nicht
nur horizontale, sondern auch vertikale Kräfte.
Diese vertikalen Kräfte reiben die Hülse, in der die Einlassschieberstange
nur punktuell geführt wird, immer mehr auf, so dass hier zuviel Spiel
und damit Klappergeräusche entstehen. Ich habe hier die Einlassschieberstange
in Teflon geführt. Mal sehen, ob sich das bewährt.
Das Andrückrad habe ich nun aus Delrin angefertigt.
Es gibt jetzt praktisch außer dem Auslassventil keine metallischen
Klappergeräusche mehr.
Für mich ist dieser Motor in dieser Bauart das absolute Non-Plus-Ultra!
Es war und ist auch eine große Herausforderung diesen Motor
so hinzubekommen.
Eine Besonderheit dieser Bauart ist die Drehzahlverstellung über
einen Gashebel. Im Video kann
man sehr schön die Gashebelfunktion erkennen. Eine Schnellverstellung
ist auch mit dem Finger auf dem Auslassventil zu erreichen. Da werden Jugenderinnerungen
wach, als man an seinem Moped mit dem Gasgriff gespielt hat und auch der
Sound erinnert etwas an die legendäre Horex.
Der Motor ist vorgeheizt, um Schwitzwasserbildung zu vermeiden. Nur
so die hervorragende Drehzahländerung von ca. 400 U/Min auf ca. 1300
U/Min über den Gashebel zu erreichen.
Der Motor "rennt" mit einer Füllung ca. 1 Std. und ich habe ihn
auch mal eine Stunde bei kleinster Drehzahl durchlaufen lassen. Die Drehzahl
bleibt dabei sehr gut konstant, wenn die Flamme nicht gestört wird.
Der Zylinder erreicht aussen ungefähr 60-70 Grad Celsius, die Bodenplatte
wird nur handwarm.
Nachbau des Rebi-Motors von anderen Modellbauern:
Obwohl die Skizzen meines Motors ( ich hoffe, ich bekomme von Thomas
noch wie versprochen ordentliche CAD-Zeichnungen) nicht gerade umwerfend
sind, wurde der Motor von Stefan Bernhofer sehr erfolgreich nachgebaut,
wie die folgenden Bilder zeigen:
  
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