Motortechnik

Aus Gardora.at

Bei Beiträgen zur Gartentechnik werden immer wieder die verschiedenen Antriebsarten angesprochen: Da gibt es im Bereich der Verbrennungsmotoren den Zweitaktmotor und den Viertaktmotor oder auch den Dieselmotor und bei den elektrischen Antrieben die entsprechenden Elektromotoren.

Muss ein Zweitakter mit Öl im Sprit gefahren werden, oder darf das auch bei einem Viertakter sein? Wo liegen die Unterschiede im Aufbau der Motoren, wo kann welcher Motor am besten eingesetzt werden und wie erkenne ich, ob es sich um einen Diesel- oder einen Ottomotor handelt? Ganz zum Schluss sollen auch noch die Unterschiede zwischen SV-, OHV- und OHC-Motoren vorgestellt werden.

Der Motor ist auf jeden Fall das Hauptbestandteil in einem PKW, aber auch bei Gartentechnik: Rund 6o Prozent der Kosten eines motorisierten Gartengerätes entfallen auf seinen Antrieb. Damit wird klar, welche Bedeutung der Motor hat.

[bearbeiten] Funktionsprinzip

Bei einem Verbrennungsmotor wird grundsätzlich die im Kraftstoff chemisch gebundene Energie durch Verbrennung in mechanische umgesetzt: Ein Großteil der Energie wird nur in Wärme verwandelt und geht leider nutzlos verloren. Der Wirkungsgrad eines Autos, aber auch eines Gartengerätes, ist deshalb als sehr niedrig einzustufen. Bei der Verbrennung entstehen zusätzlich eine Menge schädlicher und giftiger Umweltgase. Umweltschützer kritisieren den niedrigen Wirkungsgrad und die hohe Belastung, die durch den Betrieb von Verbrennungsmotoren entstehen, und verlangen nach einer deutlichen Verbesserung.

Stichworte sind in diesem Zusammenhang zum Beispiel das 1-Liter-Auto, Rußfilter für Dieselmotoren oder Katalysatoren: Sie sollen helfen den Benzinverbrauch zu senken und den Ausstoß von Schadgasen zu reduzieren. In Anbetracht der aktuell hohen Spritpreise Forderungen, die wohl jeder unterstützt. Motorisierte Gartengeräte sind in diese Veränderungen mit eingebunden. Die großen Hersteller unternehmen daher auch eine Reihe von Anstrengungen, um auch die kleinen Verbrennungsmotoren umweltfreundlicher werden zu lassen. - Je kleiner jedoch ein Motor ist, um so schwerer ist es, an ihm irgendwelche Veränderungen vorzunehmen. Jedes zusätzliche Bauteil macht ihn schwerer oder reduziert seine Leistung.

Verbrennungsmotoren lassen sich nach unterschiedlichen Kriterien einteilen: Eine Möglichkeit ist die Unterteilung in Benzin- oder Dieselmotor. Eine weitere Unterscheidung könnte die Arbeitsweise des Motors sein. Er arbeitet entweder nach dem Prinzip des Zwei- oder des Viertakters. Ebenso ist eine Einteilung nach dem Bewegungsablauf möglich. Hier kann dann zwischen dem Hubkolben- oder dem Kreiskolbenmotor unterschieden werden. Die kleine Aufzählung ist noch lange nicht vollständig. Es gibt noch jede Menge andere Prinzipien, nach denen Motoren arbeiten. Wir erklären hier die, die auf Gartengeräten eingesetzt werden. Von der Menge her arbeiten die meisten Motoren jedenfalls als Hubkolbenmotoren.

[bearbeiten] Viertakter

Der Name sagt es schon: Beim Viertaktmotor bilden vier Takte einen kompletten Arbeitsgang. Zuerst wird angesaugt. Dabei wandert der Kolben im Zylinder nach unten, der entstehende Unterdruck saugt das Kraftstoff-Luft-Gemisch an. Beim zweiten Takt, der den Kolben aufwärts bewegt, wird das Gemisch verdichtet. Etwas vor dem obersten Punkt der aufwärts gerichteten Kolbenbewegung wird das verdichtete Gemisch mit der Zündkerze zur Explosion gebracht. Das liefert die eigentliche Kraft für die Bewegung des Kolbens. Beim zweiten Aufwärtshub wird dann noch das verbrannte Gas aus dem Zylinder geschoben. Damit sind die vier Takte erreicht und der ganze Vorgang fängt von vorne an. Bei einem Viertaktmotor wird damit 'sauber' getrennt zwischen einem verbrannten und unverbrannten Kraftstoff-Luft-Gemisch. Immer wenn das eine in den Brennraum eingefüllt wird, wurde vorher das andere komplett beseitigt.

Viertaktmotoren werden heute insbesondere bei größeren, motorisierten Gartengeräten fast ausschließlich verwendet. Hier hat der Zweitakter sehr viel Terrain eingebüßt. Aber wenn der Motor in irgendeiner Form schräg arbeiten muss, dann kommt der Zweitakter wieder ins Spiel. Warum? Viertakter lassen sich aufgrund der benötigten Schmierung nur bis zu einer bestimmten Neigung betreiben. Diese Hangtauglichkeit geben die Hersteller daher auch immer an. Kurzzeitig kann dieser Wert überschritten werden: Reißt der Schmierfilm zwischen Kolben und Zylinder aber einmal ab, ist der Motor innerhalb kürzester Zeit ruiniert! Der andere Fall, wenn also Öl in den Brennraum gelangt, ist genauso Gift für den Viertakter.

Der weltweite Markt für handgetragene Motorgeräte ist mit 1o Millionen verkaufter Motoren pro Jahr äußerst interessant. Deshalb kommen nun kleine Viertaktmotoren auf den Markt, die auch auf den Kopf gestellt laufen. Es würde in diesem ersten Beitrag zur Unterscheidung der Motoren zu weit führen, die oft pfiffigen und ungewöhnlichen Lösungen der Techniker im Einzelnen vorzustellen. Aber sie gehen alle, auch wenn noch eine Reihe von Kinderkrankheiten zu beseitigen sind oder es noch an ausreichender Leistung fehlt. Vom Laufverhalten und vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes aus gesehen, sind diese handgetragenen Viertaktmotoren jedenfalls ein technologischer Sprung nach vorne.

[bearbeiten] Zweitakter

Beim Zweitaktmotor geschieht das Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen - nomen est omen - in nur zwei Takten: Im Brennraum laufen unterhalb oder oberhalb des Kolbens praktisch immer zwei Aktionen gleichzeitig ab. Das Fehlen des Ansaug- und Ausstoßhubes führt dazu, dass der Kolben mit Überdruck befüllt werden muss. Dafür sorgt der Überströmkanal. An Stelle von Ventilen verfügt der Zweizylinder über Schlitze, die beim Bewegen des Kolbens entweder geöffnet oder geschlossen sind. Darüber wird nun das Befüllen und Entleeren des Brennraums gesteuert. Deshalb heißen die Schlitze auch Überström-, Ein- und Auslasskanal.

Wenn das Befüllen und Entleeren nun in einem Arbeitsgang vonstatten geht, 'treffen' sich frisches und verbrauchtes Gemisch. Der Vorgang lässt sich damit nie zu 1oo Prozent trennen: Einmal wird ein wenig verbrauchtes Gemisch noch einmal gezündet, oder frisches Gemisch entweicht, ohne verbrannt worden zu sein. Und das ist exakt die Problematik beim Zweitakter, die ihn von Seiten der Umweltschützer angreifbar macht. Bei größeren Motoren hat er deshalb auch in den letzten Jahren überaus deutlich Terrain gegenüber dem Viertaktmotor verloren. Wo er aber seine Vorteile ausspielen kann, hat er sich seinen Marktanteil sichern können. Und die liegen in seinem niedrigen Gewicht, seinen wenigen Bauteilen – wichtig für eine kostengünstige Serienfertigung - und in seiner Alllagentauglichkeit. Damit ist gemeint, dass er in jeder Lage, also auch auf dem Kopf liegend, laufen kann. Für kleine, handgetragene Geräte wie Kettensägen, Laubbläser oder Freischneider sind deshalb Zweitakter immer noch wichtig.

Die wenigen verbliebenen reinen Zweitaktmotoren-Hersteller waren aufgrund des Abgasverhaltens gezwungen auch für ihre Motoren neue, umweltschonende Technologien zu entwickeln. Dabei zeigte sich wieder einmal, wie viele Lösungsansätze die menschliche Phantasie erfolgreich beschreiten kann. Durchweg alle Hersteller haben dem Zweitakter die weiße Rauchfahne in einem Maße abgewöhnt haben, wie dies bis vor einigen Jahren nicht für möglich gehalten worden wäre. Ob sich aber weitere, unbedingt notwendige Verbesserungen im Abgasverhalten gleich dynamisch in die Zukunft fortschreiben lassen, bleibt eine der Überlebensfragen für den Zweitaktmotor.

Sowohl bei Zwei- als auch bei Viertaktmotoren wird das Kraftstoff-Luftgemisch im Vergaser erzeugt: Er sorgt dafür, dass sich Kraftstoff und Luft möglichst fein vermischen, bevor sie in den Brennraum gelangen. Die Zündkerze spendet im richtigen Augenblick den passenden Funken, damit das Ganze kontrolliert zur Verbrennung gebracht wird.

[bearbeiten] Benziner

Die meisten Motoren sind heutzutage Benziner.

[bearbeiten] Dieselmotoren

Die Alternative zu Benzinern sind Dieselmotoren.

[bearbeiten] SV, OHV, OHC?

Immer wieder tauchen bei Motoren die Begriffe OHV und OHC auf. Was hier noch fehlt ist die Abkürzung SV: Denn mit ihr fing die Geschichte der Ventilsteuerung an. Und um die Steuerung der Motorventile drehen sich dann auch alle drei Begriffe. Wir gehen hier kurz auf die Funktion bei Stationärmotoren ein, zu denen z.B. auch Rasenmähermotoren gehören.

SV steht für Side Valve, also für seitliche bzw. unten gesteuerte Ventile. Sie sind seitlich neben dem Zylinder angeordnet. Sie werden von der schräg über der Kurbelwelle angeordneten Nockenwelle meist direkt über kurze Stößel betätigt, während die Nockenwelle nahezu ausschließlich über Zahnräder von der Kurbelwelle angetrieben wird.

Rennmotoren erhielten zu Beginn des 2o. Jahrhunderts die ersten V-förmig im Zylinderkopf hängenden Ventile und die ersten im Zylinderkopf gelagerten Nockenwellen tauchten auf. Sie wurden als Over Head Camshaft (OHC), oder zu deutsch als obenliegende Nockenwelle bezeichnet. Da Ketten noch zu unzuverlässig waren und der Zahnriemen noch nicht erfunden, trieb man die Nockenwelle mit einer Königswelle und zwei Kegelradsätzen an.

Bei Stationärmotoren wurde die OHC-Bauweise nur zögerlich eingeführt, weil sie die Bauhöhe des Motors vergrößert. Vorteilhaft ist, daß der Direktantrieb der Ventile über Tassenstößel oder Kipphebel die bewegten Massen des Ventiltriebs gegenüber OHV reduziert, so daß bei Langsamläufern – dazu zählen die Stationärmotoren – die Einstellung des Ventilspiels nur in sehr großen Intervallen notwendig ist.

Die OHV-Bauweise steht für Over Head Valve, also Ventile über dem Zylinderkopf. Dabei bleibt die Nockenwelle unten im Zylinderblock und treibt nun die Ventile über lange Stößelstangen und Kipphebel an. Zwar behielten viele Hersteller den Zahnradantrieb von der Kurbel- zur Nockenwelle, aber es tauchten allmählich auch Kettentriebe auf.

Der Vorteil der OHC- und OHV-Motoren liegt in dem optimalen Verdichtungsraum, durch den eine höhere Leistung bei geringerem Kraftstoffverbrauch erzielt wird.

[bearbeiten] Fazit

Abschließend ist festzuhalten, dass Verbrennungsmotoren unser Leben deutlich erleichtert haben. Die berechtigten Forderungen unter anderem nach Reduzierung von Verbrauch und Schadstoffausstoß haben eine erstaunliche Vielfalt an Lösungen hervorgebracht, die niemand für möglich gehalten hat. Auch bei den Motoren für Gartengeräten hat sich der Wettbewerb positiv bemerkbar gemacht. Die Geräte sind deutlich leiser geworden und verbrauchen weit weniger als die 'alten Kameraden'. Deshalb ist es schon aus Umweltschutzgründen sicher eine Überlegung wert, einen alten 'Stinker' gegen ein neues Gerät auszutauschen.

Der nächste Schritt in der Antriebstechnik wird mit Sicherheit die umweltfreundliche Brennstoffzelle sein. Wann allerdings erste Gartengeräte mit dieser Technik im Laden stehen, ist momentan noch nicht absehbar.