Im Modellhubschrauber kommen hauptsächlich Zweitakt-Methanol-Motoren und Benzinmotoren zum Einsatz. Viertaktmotoren werden dagegen aufgrund ihres schlechteren Gewichts-Leistungsverhältnisses selten in einem Modellhubschrauber eingebaut. Um den außergewöhnlichen Rahmenbedingungen beim Betrieb im Modellheli gerecht zu werden, müssen die Hersteller von Motoren und Mechaniken zu besonderen Maßnahmen greifen. Nicht zuletzt kann auch der Modellbauer beziehungsweise der Modellhubschrauberpilot einen deutlichen Beitrag zur Betriebssicherheit und Langlebigkeit der Modellmotoren leisten.


Schweizer 300 (40er-Motor, rechts)
im Größenvergleich mit Three-Dee-NT (90er-Motor, links)


Der Methanol-Motor
Wie bei den Flächenmodellen auch, können hier die Motoren grob in 30er, 40er, 50er, 60er und 90er-Hubraumklassen eingeteilt werden. Diese Zahlen beziehen sich auf den Inhalt des Brennraumes. Die 30er-Motoren haben bei einem Volumen von etwa fünf Kubikzentimeter (ccm) eine Leistung von ungefähr einem PS, die 40er bei etwa 6,5 ccm zirka 1,3 PS, die 50er bei etwa acht ccm eine Leistung von etwa 1,5 PS, die 60er bei etwa zehn ccm eine Leistung von ungefähr zwei PS und die immer mehr zum Einsatz kommenden 90er-Motoren bei 15 ccm eine Leistung von bis zu 3,5 PS.

Three-Dee-NT (90er-Motor) beim "Rasen mähen"

Im Gegensatz zu den Flächenmodellen, bei denen die Kraft meistens direkt auf die Luftschraube übertragen wird, kommt beim Modellhubschrauber ein Zahnrad- beziehungsweise Zahnriemengetriebe oder eine Kombination daraus zum Einsatz. Dabei wird vom Hersteller ein Übersetzungsverhältnis ausgewählt, das für die entsprechende Motorengröße eine optimale Leistung (Drehmoment) bei moderater Drehzahl gewährleistet. Der Einbau eines deutlich drehmomentschwächeren Motors würde bei entsprechender Belastung zu merklichen Leistungseinbrüchen, bis hin zum Motorstillstand, führen. Bei Verwendung eines wesentlich drehmomentstärkeren Motors, würde es aufgrund der falschen Übersetzung zu einem starken Anstieg der Motordrehzahl bis hin zum Überdrehen kommen.

Ein weiterer Punkt, der schon beim Kauf des Antriebs beachtet werden sollte, ist die Ausführung der Kurbelwelle. Je nach Konstruktion der Kupplungsmechanik wird ein Antrieb mit lang- beziehungsweise kurzgeschliffener Kurbelwelle benötigt. Somit haben wir schon den ersten Punkt erreicht, der den Modellhubschraubermotor von dem der Flächenmodelle unterscheidet.

Allouette "Lama" in Scale-Ausführung von Aero-Tec Uwe Welter

Dieselbe Grundmechanik: Einmal als Trainer mit ZG 230 Benzinmotor und einmal als Allouette "Lama" mit ZG 23 Benzinmotor. Beide von Aero-Tec Uwe Welter

Das Anlassen des Helimotors
Beim Flächenmodell mit Luftschraubenantrieb wird der Motor üblicherweise per Hand oder Elektrostarter direkt am Propeller oder Spinner gestartet. Nach dem Anspringen dreht die Luftschraube sofort in Motordrehzahl beziehungsweise Kurbelwellendrehzahl mit. Beim Modellhubschrauber ist diese Art des Anlassvorganges aufgrund der Masse und des Rotordurchmessers nicht möglich. Abgesehen von der Verletzungsgefahr für den startenden Piloten würde die Mechanik in kürzester Zeit beschädigt. Zudem wären Einstellarbeiten bei laufendem Motor und mit drehendem Rotor nicht möglich. Daher wird zum Anlassen des Hubschraubermotors eine Fliehkraftkupplung verwendet. Diese wird direkt auf der Kurbelwelle befestigt und ist konstruktiv so ausgelegt, dass während des Anlassvorganges sowie bei Leerlaufdrehzahl kein Kraftschluss zum Rotorgetriebe vorhanden ist. Beim Erhöhen der Motordrehzahl werden die Klemmbacken durch die Fliehkraft immer stärker nach außen gegen die Kupplungsglocke gedrückt, bis ein hundertprozentiger Kraftschluss entsteht. Diese Kupplungsglocke wiederum treibt nun über ein Zahnrad das eigentliche Rotorgetriebe an. Je nach Einbaulage wird der Motor von oben oder unten per Elektrostarter in Betrieb gesetzt. Dies kann ähnlich wie beim Propellermotor mit einem Reibaufsatz geschehen. Zumeist wird jedoch eine 30 bis 40 Zentimeter lange Sechskantverlängerung an der Anlasserwelle befestigt, um den Heli auch durch die Kabinenhaube, beziehungsweise durch den Rumpf, starten zu können. Diese Verlängerung kann direkt auf die Kurbelwelle des Motors eingreifen oder es wird, je nach Mechanikkonstruktion, eine separate, spezielle Anlasserwelle verwendet. Damit der Elektrostarter nach dem Anspringen des Motors wieder problemlos abgezogen werden kann, sollte entweder die Anlasswelle des Hubschraubers oder die Starterwelle des Elektrostarters mit einem Freilauf ausgestattet sein. Dieser Freilauf verhindert eventuelle Beschädigungen von Mechanik oder Elektrostarter durch Verkanten der Starterverlängerung.

Aufbau der Trainermechanik mit ZG 230

Die Kühlung des Motors
Durch die zentrale Einbauweise in der Mechanik erreicht den Motor so gut wie kein Fahrtwind, der zur Kühlung beitragen könnte. Bei Rumpfmodellen befindet sich der Motor sogar in einem komplett geschlossenen Raum, in den absolut kein Fahrtwind eintreten kann. Selbst bei Trainermodellen mit sehr offener Bauweise und kleinen Kabinenhauben reicht der Abwind durch die Hauptrotorblätter bei Weitem nicht zur Kühlung aus.

Die folgenden hubschrauberspezifischen Maßnahmen führen dennoch zu einer ausreichenden Kühlung. Eine konstruktive Maßnahme am Motor ist der Einsatz von Extremkühlköpfen zur Oberflächenvergrößerung des Zylinderkopfes. Dies führt zu einer besseren Wärmeabgabe. Sehr rauhe Oberflächen des gesamten Kurbelwellengehäuses führen ebenfalls zur Oberflächenvergrößerung. Auch die Verwendung sehr dunkler Farben für die Motoren, zum Teil sogar schwarz, führen zu einer besseren Kühlung, da dunkle Farben Wärme besser abgeben können als helle. Das Einhalten der Vorgaben in Bezug auf den Wärmewert der Glühkerze und die Art des Schalldämpfers führt ebenfalls zu einem optimalen Temperaturhaushalt.

Konstruktive Maßnahmen in der Hubschraubermechanik sind die Verwendung eines Lüfterrades, das direkt auf der Kurbelwelle des Motors oder auf einer separaten Welle befestigt wird. Dieses saugt kühle Luft von oben oder unten an und bläst diese durch den dazugehörigen Kühlluftschacht direkt auf die Kühlrippen des Zylinders. Er sollte so eng wie möglich am Motor beziehungsweise Zylinder anliegen, um eine optimale Kühlwirkung zu erzielen. Kühlung bringen auch Motorträger aus Metall, welche die Wärme des Kurbelwellengehäuses über die Motorbefestigung in die Mechanik ableiten. Die Verwendung des richtigen Kraftstoffes ist außerdem eine geeignete Maßnahme für eine ausreichende Kühlung. Es sollte der vom Motorhersteller empfohlene Kraftstoff verwendet werden. In der Regel besitzen diese Kraftstoffe einen Ölanteil von ungefähr 15 bis 20 Prozent. Diese Anteile führen zu einer optimalen Schmierung. Eine "innere Kühlung" des Motors kann durch einen Nitroanteil von fünf bis 30 Prozent erreicht werden. Achtung: Wenn Sie Ihren Treibstoff selber mischen möchten, müssen Sie unbedingt darauf achten, kein hundertprozentiges Methanol zu verwenden! Ihr Motor würde nach wenigen Minuten Betrieb das Zeitliche segnen! Es sollte nur 96 prozentiges Methanol mit vier Prozent Wasseranteil zum Einsatz kommen.

Lüfterrad mit Anlass-Innensechskant und Kühlluftschacht

Der eng am Zylinder anliegende Kühlluftschacht mit Glühkerzenfernanschluss

Der Großteil der oben genannten Punkte ist von den Herstellern fest vorgegeben und kann nicht ohne größere Eingriffe verändert werden. Dennoch hat der Modellhubschrauberpilot viele Möglichkeiten den Temperaturhaushalt seines Motors zu überprüfen und auf einen optimalen Wert einzustellen: Zum einen sollten die Vorgaben des Herstellers unbedingt eingehalten werden. Nur selten bringen Abänderungen sichtbare Erfolge. Oft werden sogar einzelne Eigenschaften, zum Beispiel runder Leerlauf, Durchzug und so weiter, durch solche Maßnahmen negativ beeinflusst. Zum anderen sollte die Temperatur des Antriebs unbedingt, vor allem in der Einlaufphase, überwacht werden. Hierzu gibt es verschiedene Methoden: Eine gut sichtbare Rauchfahne zeugt von einem fetteingestellten Motor und somit von einer idealen Voraussetzung für einen gesunden Temperaturhaushalt. Allerdings kann auch ein sehr fett eingestellter Motor durch mangelnde Kühlluftzufuhr zu heiß werden und sogar stehen bleiben. Läuft der Motor nach der Landung im sicheren Standgas über längere Zeit rund weiter, ist auch dies ein Indiz für eine Betriebstemperatur im grünen Bereich. Ebenfalls eine recht gute Möglichkeit zur Überprüfung der Temperatur ist diese Variante: Sofort nach Abstellen des Motors mit dem Finger an den Kurbelgehäusedeckel fassen. Kann der Finger längere Zeit am Deckel verbleiben ohne zu schmerzen, so ist auch hier die Temperatur in Ordnung. Die einzige aussagekräftige Methode ist jedoch der Einsatz eines Temperaturmessgerätes. Sehr bewährt hat sich dabei der auf den Bildern erkennbare Temperaturmonitor, welcher bei verschiedenen Anbietern für etwa 20,- Euro erhältlich ist. Mit Hilfe eines doppelseitigen Klebebandes kann dieses kleine Gerät nahezu überall im Modellhubschrauber befestigt werden. Auf dem Display kann die aktuelle Betriebstemperatur abgelesen und die höchste und die niedrigste Temperatur abgerufen werden. Entscheidend für die korrekte Temperaturanzeige ist die richtige Montage des Temperatursensors. Dieser sollte, wie in der Anleitung ausführlich beschrieben, zwischen zwei Zylinderkühlrippen an der luftstromabgewandten Seite im Bereich des Abgasauslasses montiert werden. Der angezeigte Temperaturwert sollte idealer Weise je nach Belastung des Antriebes und nach Außentemperatur zwischen 100 und 120 Grad liegen. Übrigens: Eine kurzzeitige Erhöhung der Temperatur nach dem Abschalten des Triebwerks (Kühlluftstrom fehlt) ist ganz normal.


Schweizer 300 von Graupner/JR mit anderem Outfit und "Tuning-Schalldämpfer"

Begrenzen der Motordrehzahl
Einen indirekten Einfluss auf die Temperatur des Triebwerks hat der Modellhubschrauberpilot durch die richtige Programmierung der Gaskurve und durch den Einsatz eines Drehzahlreglers. Durch beide Maßnahmen kann die Drehzahl des Motors in allen Flugphasen im optimalen Bereich gehalten werden. Ein ungewolltes Hochdrehen oder gar Überdrehen des Motors wird so wirkungsvoll verhindert. Die für den Modellhubschrauber passende Gaskurve muss durch zahlreiche Flüge mit unterschiedlichen Belastungen (Steig- und Sinkflüge) erflogen werden. Hierfür gibt es kein Patentrezept - je nach Modell, Antrieb und Flugstil muss die Gaskurve erarbeitet werden.

Beim komfortablen Einsatz eines Drehzahlreglers werden fest vorgegebene Drehzahlen für bestimmte Flugphasen zum Beispiel 1.300 Umdrehungen pro Minute (U/min) für Schwebeflug, 1.500 U/min für Rundflug und 1.700 U/min für Kunstflug am Hauptrotorkopf exakt eingehalten. Hierzu wird zum Beispiel ein Magnet im Lüfterrad eingeklebt. Ein darunter befestigter Sensor nimmt die Drehzahl des Motors ab. Der Drehzahlregler rechnet mit den eingegebenen Getriebeübersetzungsdaten die momentane Hauptrotordrehzahl aus. Ist die Rotordrehzahl zu niedrig, öffnet der Drehzahlregler mit Hilfe des Gasservos das Vergaserküken. Ist die Drehzahl dagegen zu hoch, schließt der Drehzahlregler über das Gasservo das Vergaserküken. Auf diese Art und Weise wird die fest vorgegebene Hauptrotordrehzahl exakt eingehalten.

In Reih und Glied: (von unten nach oben)
- Schweizer 300 (40er-Motor) von Graupner/JR
- Ergo 50 (50er-Motor) von Graupner/JR
- Millenium II (60er-Motor) von Robbe
- Three-Dee-NT (90er-Motor) von Jan Henseleit
- SST-Eagle-Freya (90er-Motor) von Hirobo

Sollte die Motortemperatur auf Dauer deutlich höher als 100 bis 120 Grad betragen, muss mit dauerhaften Schäden bis hin zur Zerstörung des Motors gerechnet werden. Abhilfe könnte dann der Einsatz eines wesentlich höher nitrierten Kraftstoffes schaffen, der zu einer inneren Kühlung führt. Allerdings sollte dies nur nach Absprache mit dem Motorhersteller geschehen, da Nitro die Leistung des Motors steigert und bei zu magerer Vergasereinstellung sogar zu erhöhten Temperaturen führen kann.

Tipp: Fast alle fernöstlichen Hubschraubermechaniken besitzen nur sehr schwach ausgelegte Lüfterräder und Gebläseluftschächte, da in Japan ausschließlich hochnitrierte Kraftstoffe geflogen werden. Für diese Mechaniken sollte von vornherein ein Motor verwendet werden, der für hochnitrierte Kraftstoffe geeignet ist. Diese Kraftstoffe besitzen einen Nitroanteil von bis zu 30 Prozent, sind leider sehr teuer und erhöhen den Kraftstoffverbrauch enorm.

Eine weitere mögliche Ursache für zu hohe Motortemperaturen kann die Verwendung eines falschen Schalldämpfers oder aber eine schlechte Abstimmung (Länge) des Resonanzschalldämpfers sein. Dies führt zu einem Abgasstau und damit auch zu einem Temperaturstau. Auch hier gilt: Veränderungen nur nach Absprache mit dem Motorhersteller vornehmen!

Kraftstoffversorgung
Eine sehr häufige Fehlerquelle für einen unrunden Motorlauf oder Absteller in der Luft ist die Kraftstoffanlage. Um diese Fehlerquelle ausschließen zu können, sollten folgende Dinge überprüft werden: Ist der Tank vibrationsgeschützt befestigt, existiert Schaumbildung im Tank? Sind die Kraftstoffleitungen so lang wie nötig und so kurz wie möglich? Sind die Schläuche unbeschädigt, noch weich und nicht porös? Ist der Kraftstofffilter sauber? Sind die Schlauchverbindungen fest aufgesteckt und gesichert? Ist das Pendel noch in einem guten Zustand? Ist der Betankungsschlauch fest und dicht verschlossen?

Und ganz wichtig bei Verwendung von hochnitriertem Kraftstoff: Nach der Landung muss auch der letzte Tropfen Kraftstoff, eventuell durch Abklemmen der Kraftstoffzufuhr, im Motor verbrannt werden, da im Motor verbleibender Kraftstoff zu Korrosionsschäden führen würde.

 

Bei diesem SST-Eagle-Freya im Flug ist die optimale Rauchfahne schön zu sehen

Perfektes Rückenschweben mit dem Freya

Verbandsflug: SST-Eagle-Freya zusammen mit dem Sceadu (50er-Heli von Hirobo)

Der Benzinmotor
Selbstverständlich gelten alle im Kapitel "Methanoler" erwähnten Dinge im Prinzip auch für den Benzinmotor. Ein Motor, der sehr häufig Verwendung in Modellhubschraubern findet, ist der ZG 23 beziehungsweise ZG 230 von Zenoah. Ihr Hubraum hat ein Volumen von 23 ccm und sie leisten bei 10 bis 12.000 U/min 1,8 beziehungsweise 4,3 PS. Verwendet werden kann ein Öl-Benzingemisch von 1 : 25 bis 1 : 50. Das Kühlgebläse ist bei diesen Motoren integriert. Auf den ersten Blick könnte man diese Motoren für ganz normale Industriemotoren halten, wie sie zum Beispiel in Motorsägen und Motorsensen verbaut werden. Doch dem ist nicht so. Um diese Motoren für den Einsatz im Modellhubschrauber zu optimieren, wurden diverse Veränderungen an Elektronik und Zündung vorgenommen. Leider konnte den Vertreibern keine genaueren Aussagen zu den Veränderungen entlockt werden. Eines ist jedoch sicher: Es wurde viel getan, um eine optimale Entstörung der Zündanlage zu erreichen, denn Zündimpulse können ohne Entstörung zu Störsignalen im Empfänger führen.

Einlaufen der Motoren
Es hat sich gezeigt, dass diese Motoren im Neuzustand sehr starke Vibrationen erzeugen und einer Hubschraubermechanik im Einlaufstadium enorm zusetzen können. Erst nach ungefähr 15 bis 20 Litern Kraftstoff lassen diese Vibrationen deutlich nach und es kann von einer Laufkultur gesprochen werden. Da in unserer Gruppe inzwischen mehrere dieser Motoren im Einsatz sind, wurde von einem Helikameraden kurzerhand ein Einlauf/Prüfstand konstruiert. Der Motor wird an einer Aluplatte sicher befestigt. Als "Last" wurde ein Propeller 16 - 10 Zoll auf die Kurbelwelle montiert. Das Gasservo wird mit einem Servotester angesteuert. Mit ihm können konstante Drehzahlen oder aber Intervalle zwischen Leerlauf und Volllast geregelt werden. Ausgestattet mit einer entsprechend leisen Auspuffanlage und einem Schutzgitter über der gesamten Vorrichtung, kann der Einlaufstand auch unbeaufsichtigt im Garten über mehrere Stunden hinweg betrieben werden. Mit diesem Hilfsmittel findet der Motor ideale Einlaufbedingungen vor. So vorbereitet kann er nun in die Hubschraubermechanik eingebaut werden, wo er vom ersten Augenblick an erschütterungsarm seinen Dienst versieht.

Der Temperaturmonitor ist mit doppelseitigem Klebeband am Chassis befestigt

Einsatzgebiet der Motoren
Vor allem der leistungsstärkere ZG 230 eignet sich ideal für den Einsatz in Kunstflugtrainermodellen oder aber auch in vorbildähnlichen Hubschraubermodellen. Rotordurchmesser von 1,80 bis zwei Meter und Modelle mit einem Gewicht von bis zu 15 Kilogramm bereiten ihm hierbei keine Probleme. Sehr angenehme Begleiterscheinungen sind der leise Ton und die annähernd rauchfreie Verbrennung.

Es ist schon eine feine Sache, wenn man sich nur mit Modell, Sender und Benzinkanister auf den Modellflugplatz begeben kann und somit für einen ganzen Flugtag gerüstet ist. Übrigens: Wer sich an dem Benzingeruch stört, kann bei Landmaschinenhändlern einen speziellen Kraftstoff auf biologischer Basis kaufen, der absolut geruchlos ist. Zudem besitzt dieser Treibstoff noch eine höhere Oktanzahl, als das herkömmliche Benzin. Die mir bekannten Marken sind: "Stihl" und "Aspen". Einziger Nachteil dieses Kraftstoffes: Der Preis pro Liter ist annähernd identisch mit dem Preis für Methanolkraftstoff.

Inzwischen haben diese Benzinmotoren bei uns in der Gruppe zusammen schon einige hundert Betriebsstunden hinter sich gebracht, ohne auch nur einen technischen Ausfall. Selbst große Temperatur-, Luftfeuchtigkeits-, und Höhenunterschiede scheinen ihnen nichts anzuhaben. Größere Einstellarbeiten wie bei den Methanolmotoren sind hier nicht notwendig.

Helipiloten ohne 3D-Ambitionen, die einen alltagstauglichen Antrieb für ihren Hubschrauber suchen, sind mit dieser Antriebsart bestens bedient.

Text und Fotos: Georg Stäbe

E-Starter mit Sechskantverlängerung und integriertem Freilauf gesteckt auf Motorkurbelwelle – bereit für den Anlassvorgang