Richtiges Einlaufen von Verbrennungsmotoren – 2001

Richtiges Einlaufen von Verbrennungsmotoren

von Werner Frings aus Modell

Zusammengestellt und Fotos von Bernd Kartnaller  27.06.2001

Aller Anfang ist schwer – eine Lebensweisheit, die uns der Alltag ständig beweist. Gerade der Modellfluganfänger steht oft genug mit dem Sender in der Hand vor wirren Balsa/Kunststoff-Folienknäueln und zweifelt so innerlich daran, ob er die schwierige Kunst des Femsteuems wohl jemals beherrschen wird.

Auch unseren Modellmotoren fallen die ersten Laufstunden besonders schwer. Von der spanbearbeitenden Maschine in den Verpackungskarton gepurzelt, gelangen sie In die Hände des viel Leistung erwartenden Modellfliegers. Doch bis zum Abverlangen dieser hohen Motorleistung sollte man sich und dem neuen Triebwerk möglichst viel Zeit lassen.

Verwirrende Bedienungsanleitungen, oft seit Jahrzehnten nur leicht modifiziert kopiert, sorgen auch heute noch für Verunsicherung und falsche Handhabung. Da spricht man von den ersten zwei Tankfüllungen, als ob danach der gesamte Einlauf bereits geschehen wäre, immer noch taucht die dumme Floskel einer ständigen Drehzahländerung lediglich durch extremes Verstellen der Hauptdüsennadel auf, als ob es noch keine Drosselvergaser gäbe. Der Tipp, einen zu großen Propeller einzusetzen, damit die Höchstdrehzahl niedrig bleibt, ist genauso schlecht, wie mit einem neuen Auto die ersten 1000 Kilometer nur im 5 Gang bewältigen zu wollen.

Grundsätzlich gilt zum Einlaufvorgang von Verbrennungsmotoren folgendes:

  1. Ein vollständiger Einlaufvorgang dauert in der Regel bei Hubkolbenmotoren rund 20 Stunden. Davon sind die ersten zwei Stunden überlebenswichtig und besonders der acht folgenden Stunden für die Motorgüte relevant.
  2. Ein Motor soll mit ständig wechselnder Drehzahl einlaufen.
  3. Während des Eintaufvorganges unterliegt das Triebwerk erhöhter partieller Wärmebelastung.

Das soll nun nicht heißen, dass der Modellmotor 20 Stunden auf einem Prüfstand auf und ab heulen soll. Nein, optimales „Einbetten“ der beweglichen Bauteile lässt sich am Besten während des Betriebes im Flugmodell erreichen.

„Einbetten“? Was ist das?

Warum ist „Einlaufen“ wichtig? Und was dabei geschieht!

Haben Sie sich schon einmal in neuen Lederschuhen eine Blase gelaufen? Das Material ist noch steif, hat sich noch nicht der Fußform angepasst und die erhöhte Reibung führt zu schmerzlichen Druckstellen. Sinngemäß ähnlich ergeht es dem Modellmotor. Eine Maschine fertigt Kolben, eine andere Zylinder, dazu gesellen sich Pleuel, Kolbenbolzen und Kurbelwellen nebst Lagern, um nur einmal die Hauptbauteile zu erwähnen. Beim Viertakter kommen noch Ventile, Nockenwelle und weitere Steuerteile hinzu. Jedes dieser Einzelteile wird separat gefertigt.

ImageDiese getrennte Bauteilefertigung unterliegt natürlich, damit später alles passt einem schmalen Toleranzband, denn eine auf einen tausendstel Millimeter genaue Herstellung ist aus wirtschaftlicher und Fertigungstechnischer Sicht in der Serienfertigung nicht realisierbar. Die Konstruktionsvorgabe gibt also ein zulässiges Maximal- und Minimalmaß an, an das sich die Produktion halten muss. Alles, was außerhalb dieser Toleranz liegt, ist Ausschuss. Ideal wäre, wenn unser Motor aus Teilen montiert wäre, die alle im Mittelmaß der Toleranz lägen, weil dies vom Start weg die günstigste Paarung darstellt. In der Fließbandfertigung wird eine solche Paarung nicht vorgenommen, gute Hersteller wählen die Toleranzbreite so schmal, dass es nur zu ganz geringen Schwankungen zwischen einer „idealen“ und einer „gerade – noch“ Paarung kommt.

Dennoch, ein Motor, bei dem der Kolben und der Hubzapfen am „Max“ – Maß und der Zylinder sowie die Pleuelfußbohrung am „Min“ – Maß liegen, dreht sich im Neuzustand spürbar steifer als bei einer umgekehrten Paarung. Dies ist ein Grund für die Notwendigkeit des schonenden Einlaufens.

Ein weiterer Grund ist die Oberflächenbeschaffenheit der miteinander gleitenden oder rotierenden Bauteile. Frisch aus der Maschine kommen die Teile gehont oder geschliffen, selten geläppt, mit einer so hohen Oberflächenqualität wie sie die wirtschaftliche Fertigung erlaubt. Mit dem bloßen Auge besehen, erahnt man vielleicht eine gewisse Rauheit, unter dem Mikroskop mit 40 bis 60 flacher Vergrößerung betrachtet, sind dann Krater und Kratzer deutlichsichtbar. Diese Oberflächen müssen sich allmählich einbetten und anschmiegen, bis sich die berührenden Teile optimal aufeinander eingestellt haben.

Das geht nicht im Hau-Ruck-Verfahren und auch nicht in zwei Stunden. Wer eine spiegelnde Modell – Lackoberfläche anstrebt, weiß wie mühevoll und langsam nur das Schleifen mit feinster Körnung zum Ziel führt. Beim Verbrennungsmotor ist es ähnlich, allerdings lassen sich hier grobe Kratzer nicht wie beim Lackieren aufspachteln, sondern bleiben ein Bauteilleben lang dem Motoranhaften. Daher sind vor allem die alterersten Betriebsstunden von größter Wichtigkeit.

Vorher wurde von 20 Stunden gesprochen, bis ein Motor richtig eingelaufen ist. Das heißt natürlich nicht strenge Prüfstanddiät, sondern, dass der Motor eben erst dann seine beste Abdichtung und Lagertragfähigkeit erreicht hat. Beides nimmt nach dem Erreichen des Bestzustandes mit fortschreitendem Verschleiß wieder ständig ab. Je besser die Oberflächen, um so langsamer. Auch sind die 20 Stunden durchaus diskutierbar, bei einem Exemplar ist das Optimum vielleicht tatsächlich schon bei 15 Stunden erreicht, ein anderes benötigt deren 25. Vereinzelt werden ringlose Kolben mit der Laufbüchse geläppt. Dies soll nicht zu dem Trugschluss verleiten, dass nun deswegen kein Einlauf mehr nötig sei, denn geläppte Laufgarnituren tragen zwar tatsächlich innerhalb kurzer Zeit nahezu ideal, dennoch bleibt die übliche Anpasszeit von gleitgelagertem Pleuel und Kurbelwellenzapfen davon unberührt.

Die Praxis für die ersten Motorschnaufer sollte etwa wie folgt aussehen:

ImageZuallererst vermeidet man bei Motoren mit ABC-Laufgarnituren das so gern praktizierte, unnötige Durchdrehen des kalten Motors. Der Kolben mag dieses über den O.T.-Drehen nämlich ganz und gar nicht!

Es spricht nichts dagegen, den Motor direkt ins Modell einzubauen, vieles jedoch gegen die häufige Praxis, den Motor erst einmal ein paar Stunden auf dem Prüfbock zu scheuchen.

Als Kraftstoffgemisch sollte für die ersten zwei Betriebsstunden ein möglichst hoher Ölanteil gewählt werden, 20% sind bei den üblichen Modellmotoren keineswegs zuviel. Der hohe Ölanteil bewirkt, dass der entstehende, mikrofeine Abrieb möglichst schnell ausgespült wird und die Wärmeabfuhr besonders an den engsten Scheuerstellen besser gelingt. Je mehr ÖL sich im Kraftstoff befindet, um so kühler bleibt der Motor von innen her. Auch etwas Nitrornethan schadet nicht, im Gegenteil, Nitromethan ermöglicht, dass ein sehr fettes Gemisch immer noch zündfähig bleibt, und gerade beim Einlaufvorgang kann die Vergasereinstellung gar nicht fett genug sein.

Als Luftschraube sollte kein möglichst großer Löffel, sondern eine Dimension gewählt werden, mit welcher der Motor leicht seine günstigste Drehzahl – das wäre, ohne Berücksichtigung der heute geltenden Lärmvorschriften, etwa 75 bis 60 % der Nenndrehzahl erreichen könnte. Der Motor wird wie üblich – es darf selbstverständlich auch gern elektrisch sein- gestartet und nach dem Anspringen bei beibehaltener Glühung und weit geöffneter Drossel sofort so fett gestellt, dass er gerade noch durchläuft. Sind so die ersten 10 Minuten absolviert, entfernen wir die Glühung und drehen gleichzeitig die Hauptdüsennadel zähnchenweise soweit zu, bis der Motor bei Vollgasstellung gerade rund läuft, also aufgrund von Überfettung keine Zündaussetzer bemerkbar sind. Der Motor ist nun so eingestellt, dass er sehr fett und kühl bei verminderter Leistung arbeitet. Mit dieser Einstellung sollten nun am Boden knappe zwanzig Minuten mit ständig wechselnder Drehzahl absolviert werden. Bequem einsetzbar ist hier ein Servotester oder bei manchen Sendern die Option „Servotest“, da man damit automatisch die Drossel allmählich öffnen und schließen lassen kann. Dieser ständige, allmähliche Drehzahlwechsel ist deswegen notwendig, da sich beispielsweise die Passung von Kolben und Zylinder je nach Belastung und Temperatur ständig ändert. Ein Motor, der stur mit 10000 Umdrehungen pro Minute einlaufen würde, liefe auch in seinem späteren Motorleben eben nur bei dieser einen(Einlauf-) Drehzahl optimal.

Nachdem so die ersten 30 Laufminuten überstanden sind, geht es bei gleichbleibend fetter Vollgasstellung an die vorerst grobe Einstellung des Leerlaufes, der allerdings angesichts der besonders fetten Einstellungen sicherheitshalber nicht zu tief justiert werden sollte. Um sicheren und weicheren Lauf zu erreichen, kann man bei Viertaktmotoren und den Zweitaktern, die ohnehin Nitromethan benötigen, dessen Anteil auf knapp 8 % erhöhen. Während der gesamten Bodenprozedur muss übrigens der Propeller so gegen den Wind ausgerichtet sein, dass er den Kühlluftstrom unterstützen kann. Denn an der Blattwurzel ist die Blaswirkung des Propellers nur sehr gering und zudem turbulent; insbesondere unter Motorhauben macht sich der fehlende Fahrtwind sehr stark bemerkbar.

Jetzt geht es mit möglichst kurzer Vollgasperiode in die Luft. Für die nächsten zwei Stunden sollte man nun so fett, wie es die Betriebssicherheit erlaubt, und mitmöglichst kurzen Vollgasperioden den Motor „leichtfüßig“ einfliegen. Zugleich stellt man dann den Motor von Flug zu Flug Zähnchen weise magerer ein, sodass er in allen Gasstellungen gut rund läuft, aber immer so fett, dass die mögliche Höchstdrehzahl nicht erreicht wird.

Nach diesen zweieinhalb Stunden ist ein guter Modellmotor durchaus forsch und quirlig heranzunehmen. Wichtig ist hierbei eben nur, dass der Vollgasanteil noch recht verhalten genutzt wird, 30 Sekunden und dann wieder etwas drosseln. Allmählich ist der Anteil der Vollgaszeiten zu erhöhen, ab der 8. Laufstunde ist ein Motor soweit frei, dass er fast Vollgasfest ist, dennoch sollte harter Dauervollgaslauf, wie beispielsweise beim Schleppeinsatz, in den ersten 12 Betriebsstunden nicht erfolgen.

Die Kürze der Vollgasphasen ist aus folgendem Grund sehr wichtig! Solange die einander berührenden Oberflächen nicht ideal eingebettet sind, laufen sie, bis sie vom hydrodynamischen Schmierfilm getrennt werden, im Mischreibungsbereich. Die sich berührenden Oberflächen sind noch relativ rau, die Spitzen der mikroskopisch betrachteten Berglandschaft berühren sich und tragen sich durch die dabei entstehende Reibungswarme ab. Es entsteht Wärme, die zudem abgeführt werden muss. Vor allem bei Ringkolben ist die Wärmeableitung so lange erschwert, bis der Kolbenring zu 100 % trägt, und das dauert eben 20 schonende Laufstunden oder auch mehr.
Womit einlaufen lassen?

Es gibt einige vollsynthetische Modellmotorenschmieröle im Handel, in denen teilweise eine recht hohe Verschleißschutzadditivierung enthalten ist. Diese Additive verhindern auf chemischem Wege, dass es beim Metall-Metall-Kontakt zu den oben erwähnten Abrieben kommt. Dieser Abrieb ist unerwünschter Verschleiß. Die Ausnahme ist die Einlaufzeit, weil hier der (im wahrsten Sinne des Wortes) gesteuerte Verschleiß notwendig ist, um die Motorenteile optimal einzubetten. Oben genannter Öltyp wird auch in der Einlaufzelt den Abrieb behindern, mit der Folge, dass der Motor nach 5 oder 8 Stunden immer noch klemmen oder überhitzen kann.

Es gibt spezielle synthetische Einlauföle, bei denen die Grundöle lediglich mit einem chemisch wirkenden Korrosionsschutz legiert sind, der Verschleißschutz fehlt. Wer sie einsetzt, muss allerdings immer im Kopf behalten, dass hier keinerlei Reserve vorhanden ist. Wer mit einem solchen ÖL den Motor hart heran nimmt, forciert bei Überhitzung extrem ansteigenden Verschleiß!

Bei den meisten Motoren kann man für die ersten Einlauf Stunden auch gutes und frisches (!) Rizinusöl verwenden. Allerdings ist dieses wegen der Verharzungsgefahr bei besonders filigran aufgebauten Triebwerken dann weniger empfehlenswert, wenn der Motor nach dem Betrieb mit Rizinusöl längere Zeit gelagert wird.
Was bewirkt ein guter Einlauf?

Ein gut eingelaufener Motor hat eine optimale Einbettung der Lagerflächen, dadurch ist die spezifische Lagerbelastung etwas niedriger. Dichten Kolben und Zylinder ideal ab, ist das Saugvolumen höher, der Kompressions- und Blow-by-Verlust niedriger, und somit hat ein solches Triebwerk eine günstigere Leistungsausbeute. Die thermische Empfindkindlichkeit sinkt ebenfalls.

Bei “rauh“ eingelaufenen Motoren wird zwar die Vollgasfestigkeit nach erheblich kürzerer Zeit erreicht, der gesamte Motor unterliegt jedoch im Grenzreibungsbereich einem erhöhten Verschleiß und bringt geringere Leistung und Lebenserwartung.
Wann ist ein Modellmotor eingelaufen?

Ein korrekt – hierzu gehört auch das Resonanzrohr – und fett eingestellter Modellmotor verliert, wenn er noch nicht gut eingelaufen ist, im Vollgaslauf an Drehzahl, die, wird nun nicht gedrosselt, bis zum Stillstand führen kann. Das äußert sich beispielsweise so, dass nach etwa 30 bis 60 Vollgassekunden die Drehzahl ein bricht, drosselt man nun für etwa 15 Sekunden, dann erreicht der Motor anschließend beim Gasgeben sofort wieder die vorherige Höchstdrehzahl, die sinkt aber kurz danach wieder ab.

Der noch nicht gänzlich eingelaufene Motor heizt sich dabei zu sehr auf und klemmt. (Achtung: Die gleichen Symptome zeigt auch ein eingelaufener Motor dann, wenn er zu mager eingestellt oder der Auspuffwiderstand zu hoch ist, beziehungsweise bei Zweitaktmotoren die Abstimmung des Resonanzrohres zu kurz ist!) Zu bedenken ist hierbei, dass dieses Klemmen nicht unbedingt bei Motoren auftritt, die das Herstellerwerk mit etwas locker geratenen Passung verlassen; diese sind zwar recht früh Vollgastest, verbrennen und verkratzen sich dabei aber erheblich die gleitenden Stellen.

An dieser Steile die Bemerkung, dass Billigmotoren in der Regel größere Fertigungstoleranzen aufweisen und auch von der Oberflächegüte her nicht mit den (eben deshalb) teureren Fabrikaten mithalten können.

ImageImage