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 Rebi-MotorBedienungsanleitung Rebi-MotorBedienungsanweisung Rebi-Motor
Bedienungsanleitung des REBI-Motors als pdf
Original Rebi-Motor durch Zinkpest zerbröseltOriginal Rebi-Motor durch Zinkpest zerbröselt
 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. 
 
Rebi-Vakuummotor1Rebi-Vakuummotor2Rebi-Vakuummotor3Rebi-Vakuummotor4
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.
 
Einzelteile Flammenfresser Rebi NachbauNachbau Flammenfresser Rebi Nachbau Flammenfresser RebiNachbau Flammenfresser Rebi

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:

Rebi-Motor von Stefan BernhoferRebi-Motor von Stefan BernhoferRebi-Motor von Stefan BernhoferRebi-Motor von Stefan Bernhofer
 
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