Unstimmigkeiten bei den französischen Luftschiffmotoren von Esnault Pelterie und Farcot. Von E. Rumpier, Ingenieur, Berlin. Unstimmigkeiten bei den französischen Luftschiffmotoren von Esnault Pelterie und Farcot. Das Bedürfnis der Luftschiffahrt, das Gewicht der Luftfahrzeugmotoren im Verhältnis zu ihrer Leistung möglichst herabzudrücken, hat eine Reihe neuer Motortypen geschaffen. Zu den interessantesten unter diesen gehören zweifellos die sogenannten Sternmotoren, das sind Motoren, bei welchen die Zylinder in einer oder mehreren Reihen sternförmig um das Mittel der Kurbelwelle angeordnet sinds. D. P. J. 1908, Bd. 323, S. 509.. Die Sternmotoren kann man in zwei Gruppen scheiden, nämlich in die normalen Sternmotoren und in die sogenannten geklappten Sternmotoren. Die letzteren, welche immer von ungerader Zylinderzahl sein müssen, kann man sich aus den ersteren dadurch entstanden denken, daß jene Zylinder, die unterhalb der Gehäusemitte angeordnet sind, derart um 180 Grad nach aufwärts geklappt werden, daß sie zwischen die oberen Zylinder zu liegen kommen. Um die Arbeitsweise des Motors nicht zu ändern, müssen natürlich auch die Kurbelzapfen und die Steuernocken sinngemäß geklappt werden. Die geklappten Sternmotoren verdanken ihr Entstehen dem Bestreben nach Abhilfe des den normalen Sternmotoren anhaftenden Uebelstandes, nämlich des Verölens der unteren Zylinder bei horizontal angeordneter Kurbelwelle. Da weiters die Luftpropeller, zu deren Antrieb die Motoren dienen, meist mit horizontaler Achse laufen, würde bei Verwendung eines normalen Sternmotors mit vertikaler Kurbel der Einbau eines Kegelradpaares notwendig, um die Kraft von der Kurbelwelle auf die Propellerwelle zu übertragen. Die geklappten Sternmotoren dagegen können mit horizontaler Kurbelwelle laufen, da alle Zylinder in mehr oder weniger geneigter Lage nach aufwärts gerichtet sind. Daß eine sternförmige Anordnung der Zylinder, von denen immer mehrere auf einen Kurbelzapfen arbeiten, eine bedeutende Gewichtserleichterung mit sich bringt, ist klar. Besonders das Kurbelgehäuse und die Kurbelwelle werden sehr kurz Letztere, welche auf Festigkeit für den Explosionsdruck gerechnet werden muß, wird auch besser ausgenützt Ein weiteres Mittel, um an Gewicht zu sparen, wurde darin gefunden, statt der üblichen getrennten Auslaß- und Einlaßventile, welche natürlich auch getrennte Gestänge benötigen, für jeden Zylinder ein gemeinsames Saug- und Auspufforgan anzuordnen. Diese gemeinsamen Ventile stellen gewöhnlich die Vereinigung eines Ventiles mit einem Kolbenschieber dar. Diese starre Verbindung ergibt gewiß einen großen Vorteil in Bezug auf Einfachheit und Leichtigkeit. Es zeigt sich aber auch bei dieser Konstruktion eine Erscheinung, welche Bedenken hervorrufen muß. Auf diese bei Doppelventilen auftretenden Unstimmigkeiten soll nun an Hand der zwei bekanntesten Vertreter der Sternmotoren, nämlich der Motoren von Esnault Pelterie und Farcot, näher eingegangen werden. Textabbildung Bd. 324, S. 7 Fig. 1. Textabbildung Bd. 324, S. 7 Fig. 2. Der Esnault Pelterie-Motox (siehe Fig. 1) ist ein geklappter Sternmotor von 5 oder 7 Zylindern, welche auf eine zweimal unter 180 Grad gekröpfte Kurbelwelle arbeiten, und zwar wirken 3, bezw. 4 Zylinder auf einen Kurbelzapfen, während die übrigen 2, bezw. 3 Zylinder, deren Ebene natürlich um die Entfernung der Mittel der bei den Kurbelzapfen gegen die Ebene der ersten verschoben ist, auf den zweiten Kurbelzapfen wirken. Zentral im Zylinderkopf jedes Zylinders ist nun ein Doppelventil angeordnet, welches aus einem flachen Ventil und einem Kolbenschieber besteht, welcher mit ersterem aus einem Stück angefertigt ist. Ein solches Ventil muß 3 bestimmte Steuerstellungen einnehmen können, und zwar die Schluß- oder Arbeitsstellung, die Saugstellung, und die Auspuffstellung. Zu diesem Zwecke muß der Steuernocken St (s. Fig. 2), welcher das Doppelventil betätigt, natürlich zweistufig sein, d.h. er muß drei verschieden hohe Rasten besitzen. Betrachtet man das von Esnault Pelterie benutzte Doppelventil in den verschiedenen Stellungen, welches es im Laufe eines Viertaktes einnimmt, so bemerkt man, daß in einigen Stellungen Saug- und Auspuffleitung miteinander in Verbindung stehen. In Fig. 3 sind verschiedene solche Stellungen gezeichnet, und zwar entsprechen die mit Ziffern bezeichneten Ventilstellungen den mit den gleichlaufenden Ziffern bezeichneten Nockenstellungen (Fig. 2). 1 bedeutet die Arbeitsstellung, das Ventil ist geschlossen; 2 ist die Stellung des Ventils während des. Auspuffes; 4 ist die Stellung des Ventils während des Saugens. Zwischen diesen Stellungen nimmt das Ventil jedoch auf kurze Zeit die Stellung 3 ein. Gibt man sich darüber Rechenschaft, was im Motor und in den Leitungen vor sich geht, während sich das Ventil in dieser letztgenannten Stellung befindet, so kommt man zu nicht ganz unbedenklichen Ergebnissen. Textabbildung Bd. 324, S. 8 Fig. 3. Der Motor hat eben ausgepufft (Stellung 2) und ist im Begriff, in die Saugperiode (Stellung 4) einzutreten. Es ist möglich, daß, während sich das Ventil in der Stellung 3 befindet, der mit Auspuffgasen erfüllte schädliche Raum noch unter einem gewissen Ueberdruck steht. Da das Ventil in dieser Stellung die Saugleitung bereits geöffnet hat, so werden daher die Auspuffgase, welche noch immer aus dem schädlichen Raum strömen, nicht nur ins Freie, sondern auch in die Saugleitung expandieren. Es ist nun leicht möglich, daß dadurch in der Saugleitung Strömungsstörungen auftreten, welche den bei der Benzindüse herrschenden Unterdruck zeitweise aufheben und daher den aus der Düse des Vergasers hervortretenden Benzinfaden zum Abreißen bringen. Wird der Steuernocken aber so ausgebildet, daß beim Eröffnen der Saugleitung der Motorkolben bereits im Abwärtsgehen begriffen ist, so dass in der Stellung 3 im Zylinder nicht Ueberdruck sondern Unterdruck herrscht, dann wird nicht nur aus der Saugleitung bei S sondern auch aus den Auspufföffnungen bei A Ansaugen stattfinden, d.h. es wird verdünntes, schlechtes Gemisch im Zylinder entstehen. Jedenfalls sehen wir, daß die Stellung 3 des Ventils eine Störung in der richtigen Arbeitsweise bedeutet. Betrachten wir nun das Ventil in Stellung 5. Dasselbe steht in dieser Stellung so wie früher in der Stellung 3, d.h. Saug- und Auspuffleitung sind gleichzeitig offen, der Kolben saugt jetzt noch Gemisch an. Die Folge davon wird sein, daß die in der Nähe des Auspuffes befindlichen Verbrennungsrückstände zurückgesaugt werden, welche eine unerwünschte und schlechte, weil sauerstofflose „Zusatzluft“ darstellen. Dadurch wird das Gemisch natürlich verschlechtert, und eine feinere Regulierung desselben erschwert. Man betrachte nunmehr das Ventil in der Stellung 6. Diese Stellung stimmt mit der Stellung 2, also mit der Auspuffstellung überein. Der Kolben hat seinen Saughub beendet und der Motor tritt nunmehr in die Kompressionsperiode ein. Während dieser Periode sollten natürlich sämtliche Ventile geschlossen sein; dies ist aber, wie man sieht, zunächst nicht der Fall, sondern vorerst ist der Auspuff noch voll offen. Dadurch wird durch den vorwärtsgehenden Kolben ein Teil des angesaugten Gemisches wieder ausgeschoben. Wie bekannt, ist nun das vom Kolben angesaugte Gemisch derart geschichtet, daß das in der Nähe des Kolbens befindliche, zuerst angesaugte am schlechtesten ist, weil es mit den im schädlichen Raum verbliebenen Verbrennungsrückständen vermischt ist, während das zuletzt angesaugte, also am weitesten vom Kolbenboden entfernte Gemisch am reichsten ist, und gerade dieses die meiste Energie enthaltende Gemisch wird wieder ausgeschoben. Daß dies für die Wirtschaftlichkeit des Explosionsmotor nicht günstig sein kann, liegt klar auf der Hand. Derartig konstruierte Motoren müssen notwendigerweise eine relativ kleine Motorleistung ergeben, durch welchen Umstand die durch obige Ventilkonstruktion erzielten Gewichtsersparnisse als zu teuer erkauft erscheinen. Esnault Pelterie steuert nun die Doppelventile aller in einer Ebene liegenden Zylinder nicht durch nebeneinander angeordnete Doppelnocken, sondern er hat die einzelnen Doppelnocken am Umfang einer Scheibe aufgewickelt (siehe Fig. 2). Diese Scheibe rotiert entgegen der Kurbeldrehrichtung mit einer Geschwindigkeit, welche gleich ist \frac{1}{n-1} der Geschwindigkeit der Kurbelwelle, wenn n die Zahl aller Zylinder ist. Dadurch erreicht Esnault Pelterie eine abwechselnde Koinzidenz jedes Nockens mit jedem Zylinder, ähnlich wie dies bei den Teilstrichen eines Noniusmaßstabes eintritt, wenn man den Nonius am Maßstab verschiebt. Die Zahl der notwendigen Doppelnocken beträgt dabei \frac{n-1}{2}. (Näheres über diese äußerst interessanten Verhältnisse siehe „Mémoires et compte rendu des Travaux de la Société des Ingénieurs civils,“ Paris, Dezember 1907, No. 12.) Durch diese Anordnung der Nocken fallen die Steuerscheiben sehr groß aus, so daß die Uebergänge zwischen den einzelnen Rasten nur einem kleinen Verdrehungswinkel der Nocken entsprechen. Da jedoch die Nockenwelle nicht mit der halben Tourenzahl der Kurbelwelle rotiert, sondern bedeutend langsamer, so geht dadurch der Vorteil der großen Nockenscheiben wieder teilweise verloren. Farcot baut 8-zylindrige, normale Sternmotoren, deren Zylinder in horizontalen Ebenen liegen. Die Kurbelwelle ist vertikal, und ihre Drehung muß erst durch ein Kegelräderpaar auf die horizontale Propellerwelle übergeleitet werden. Die 8 Zylinder sind gleichmäßig im Kreise verteilt, jedoch sind 4 Zylinder in einer Ebene, und die vier dazwischenliegenden Zylinder in einer zu dieser parallelen Ebene, welche etwas gegen die erstere versetzt ist, angeordnet. Die Kurbelwelle ist demgemäß zweimal unter 180 Grad gekröpft und auf jeden Kurbelzapfen wirken 4 in einer Ebene liegende Zylinder. Die Pleuelstangen neuester Konstruktion sind denen von Esnault Pelterie sehr ähnlich. Auch Farcot verwendet ein sogenanntes Doppelventil, welches ähnlich wie bei Esnault Pelterie aus einem Ventil und einem damit starr verbundenen Kolbenschieber besteht. Dieses Doppelventil ist jedoch bei Farcot nicht zentral im Zylinderkopf angeordnet, sondern in einem seitlichen Ausbau (Fig. 4). Das Ventil wird wieder durch zweistufige Nocken St (Fig. 5) betätigt, welche aber hier nebeneinander angeordnet sind und mit der halben Tourenzahl des Motors rotieren. Textabbildung Bd. 324, S. 9 Fig. 4. Textabbildung Bd. 324, S. 9 Fig. 5. Als ein schwerer Fehler der Farcotschen Konstruktion muß bezeichnet werden, daß das Ventil nicht in der der Kurbelwelle zugekehrten Wandung des seitlichen Ausbaues seinen Sitz findet, sondern in der von der Kurbelwelle abliegenden Wandung desselben. Deshalb muß Farcot die Ventilspindel durch den Verbrennungsraum hindurch nach dem Steuernocken führen. Die Führung der Ventilspindel muß natürlich gegen diese etwas Luft haben. Dadurch ist es nun unmöglich, den Kompressionsraum dicht abzuschließen und eine richtige Kompression zu erzeugen und zu halten. Die beim Motor von Esnault Pelterie besprochenen Unstimmigkeiten treten auch hier in derselben Weise auf (siehe Fig. 6). Teilweise scheint dies Farcot erkannt zu haben, denn er rechnet z.B. damit, daß beim Saugen zusätzliche Luft durch die Auspuffleitungen mit angesaugt wird. Er läßt deshalb aus dem Vergaser überreiches Gemisch ansaugen, welches sich erst durch die aus den Auspufföffnungen mit angesaugte Luft im richtigen Verhältnis verdünnt. Da Farcot gegen Schluß der Saugperiode nur Luft ansaugt, weil der Schieber die Saugleitung schon geschlossen hat, so ist bei ihm wenigstens die Stellung 5 (siehe Fig. 6) nicht so gefährlich, denn der Motor schiebt beim Beginn der Kompression eben nur Luft aus. Der Dauer der gefährlichen Stellungen entsprechen bei dem Farcotmotor viel größere Verdrehungswinkel der Nocken als beim Motor von Esnault Pelterie, denn die Nocken Farcots sind klein, da sie jedoch mit einer größeren, relativen Geschwindigkeit rotieren wie die Esnault Pelteries, nämlich mit der halben Tourenzahl der Kurbelwelle, so ist der Drehwinkel der Kurbel, während welchem das Ventil die besprochenen, unrichtigen Stellungen einnimmt, auch nicht größer wie bei Esnault Pelterie. Um über die ungünstigen Stellungen in möglichst kurzer Zeit hinwegzukommen, macht Farcot die Rampen zwischen den einzelnen Rasten sehr steil (s. Fig. 5). Diese Maßregel dürfte aber nur geringen Wert haben, da bekanntlich bei zu steilen Nockenrampen sich die Rolle infolge der Massenwirkung des Gestänges eben einfach vom Nocken abhebt. Durch das darauf folgende Aufschlagen der Rolle auf den Nocken wird dieser nur vorzeitig abgenutzt und verändert bald seine richtige Form. Die hierbesprochenen Unstimmigkeiten können nur dann als eben noch zulässig bezeichnet werden, wenn die Zeit, während welcher das Doppelventil sich in den ungünstigen Stellungen befindet, eine möglichst kurze ist, was durch sehr große und relativ nicht zu langsam rotierende Nokkenscheiben erreicht werden kann. Ein jedenfalls besseres und die gerügten Uebelstände sicher beseitigendes Mittel wäre jedoch dies, Ventil und Schieber nicht starr miteinander zu vereinigen, sondern jedes für sich zu steuern. Das Ventil hätte den Abschluß bei hohem Druck zu besorgen und sollte nur während derjenigen Perioden offen stehen, während welcher kein höherer Druck im Zylinder ist. Der Schieber dagegen, welcher sich immer in der Sphäre relativ niederen Druckes bewegt, brauchte nicht auf besonders gutes Dichthalten, sondern mehr auf leichtes reibungloses Gleiten konstruiert zu werden, da er weniger Abschlußorgan, sondern mehr steuerndes Verteilorgan ist. Eine besondere Gewichtsvermehrung ist durch das getrennte Steuern von Ventil und Schieber bei geschickter Konstruktion nicht zu befürchten, wie bereits einige nach diesem Prinzip ausgeführte Motoren gezeigt haben. Textabbildung Bd. 324, S. 9 Fig. 6.