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Aeroclub Aviators e.V.

An dieser Stelle möchten wir euch einen kleinen Einblick unter die Triebwerksverkleidung gewähren. Denn die markante Erscheinung der AN-2 ist nur eines ihrer Merkmale. Mindestens ebenso einprägsam ist der Klang ihres Triebwerks. Jedes Anlassen wird mit Spannung erwartet und ist immer wieder ein optisches und akustisches Ereignis.

Also seid unsere Gäste bei diesem kleinen Spaziergang durch die Geschichte des Triebwerkes, welches unsere AN-2 antreibt, dem:

Shvetsov ASh-62IR

Der ASh-62 ist ein luftgekühlter 9-Zylinder Sternmotor, welcher durch einen zweistufigen Radialverdichter aufgeladen wird. Hergestellt wurde das Triebwerk, dessen Produktionsstart 1937 begann, in der ehemaligen Sowjetunion. Das Triebwerk basiert auf einem westlichen Design, dem Wright Cyclone R-1820, welches vor dem Ausbruch des 2. Weltkrieges als Lizenz an Shvetsov übertragen wurde.

Aus diesem Lizenzbau, dem Shvetsov M-21, wurde der spätere ASh-62 entwickelt. Die Weiterentwicklung umfasste unter anderem die Verwendung eines 2-stufigen Radialverdichter und eines verbesserten Luftansaugtraktes. Diese Modifikationen ermöglichten eine Leistungssteigerung von ursprünglichen 750 PS auf 1.000 PS.

Eben dieses Triebwerk wurde nicht nur in der Sowjetunion, sonder auch bei WSK PZL-Kalisz in Polen hergestellt. Die Produktion lief und läuft noch über das Jahr 2017 hinaus. Die Triebwerke, welche aus polnischer Herstellung stammen, erfüllen sogar die westlichen FAR33-Regularien zur Zertifizierung von Flugtriebwerken. Dies ist umso bemerkenswerter, als dass die Triebwerke, welche ursprünglich ein reines sowjetisches Produkt ohne westliche Zulassung gewesen sind, nun auch ausserhalb der russischen Föderation mit offiziellem Segen der US-amerikanischen Luftfahrtbehörden anerkannt sind. Und da es ein bilaterales Abkommen zwischen den amerikanischen und europäischen Luftfahrtbehörden gibt, wird das ASh-62IR (mit IR werden die Triebwerke polnischer Herkunft bezeichnet) nun auch durch die EASA anerkannt. Die Zugehörigkeit Polens zu EU hat hier ein nicht unerheblichen Einfluss auf diesen Umstand gehabt.

Weitere Entwicklungsstufen des 62IR sind unter anderem die Baureihe M-63, welche über ein höheres Verdichtungsverhältnis von 7,2:1 und eine leicht erhöhte Maximaldrehzahl verfügen. Diese und einige Detailänderungen ermöglichen eine Maximalleistung von 1.100 PS bei 2.300 U/Min und 900 PS bei 2.200 U/Min auf einer Höhe von 14.764ft (4.500m).

Im Laufe der Jahre wurden noch einige weiter Verbesserungen und Änderungen vorgenommen. So wurde eine Triebwerksvariante mit elektronischer Einspritzung angeboten, die auf den Namen ASh-62IR-16E hörte.

Das ASh-62IR ist nicht exklusiv der AN-2 vorbehalten. Er fand in allerlei anderen Typen Verwendung, wie z.B in der Li-2 oder gar in der kanadischen DeHavilland DHC 3 „Otter“.

Oft werden wir nach der Zylinderzahl befragt und ernten erstaunte Blicke, wenn wir die ungerade Zahl 9 nennen, mit dem Hinweis, dass alle Viertakt-Sternmotoren eben diese ungerade Anzahl haben. Als Autor gebe ich an dieser Stelle gern zu, dass die Erklärung der Wikipedia-Autorenschaft es hier am besten trifft. Daher erlauben wir uns auch an dieser Stelle das Wissenportal zum Thema Zylinderzahl bei Sternmotoren zu zitieren:

„Beim Sternmotor erreichen pro Kurbelwellenumdrehung alle Kolben eines Sternes reihum nacheinander den oberen Totpunkt.

Da beim Viertaktverfahren nur jeweils bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt erfolgt, benötigt der Motor zum Zünden aller Zylinder zwei Umdrehungen (720° Kurbelwinkel). Zur gleichmäßigen Verteilung der Arbeitstakte aller Zylinder auf diese 720° Kurbelwinkel = zwei Kurbelwellenumdrehungen zündet fortlaufend jeder zweite Zylinder, der den oberen Totpunkt erreicht; der Zylinder dazwischen befindet sich jeweils im oberen Totpunkt des Ladungswechseltaktes (Ende Ausschieben/Beginnen Ansaugen). Bei einem Siebenzylinder-Sternmotor ergibt dies beispielsweise eine Zündzeitfolge in der Reihung 1-3-5-7-2-4-6. Die Zylinderzahl eines Zylindersterns ist bei Viertaktmotoren immer ungerade, da diese durchgängig gleichmäßige Zündfolge mit gleichen Kurbelwinkelabständen – die für die vibrationsarme Drehmomentabgabe erforderlich ist – nur mit ungeraden Zylinderzahlen erzielt werden kann. Andernfalls müssten am Ende des vollständigen Durchlaufes aller vier Takte von allen Zylindern, abweichend von der regelmäßigen Taktung, zwei benachbarte Zylinder unmittelbar hintereinander zünden, was die gleichmäßige Abfolge der Arbeitstakte in Bezug auf den Kurbelwinkel stören würde.

Ein weiterer Vorteil ungerader Zylinderzahlen ist die bessere Stabilität und Steifheit des Kurbelgehäuses, die sich daraus ergibt, dass sich bei einer ungeraden Zahl von Zylindern gegenüber jeder Zylinderbohrung ein Bereich ohne Gehäusedurchbruch findet. Die so entstehende Überlappung bietet strukturelle Vorteile. Das Gehäuse wird ohne zusätzliche Maßnahmen deutlich steifer als bei gerader Zylinderzahl.

Bei praxistauglichen Motorauslegungen in Bezug auf Bohrungs-/Hubverhältnis, Pleuellänge und Gesamtdurchmesser lassen sich bis zu neun Zylinder pro Zylinderebene um das Gehäuse anordnen.“ – (Wikipedia.de)

Ein interessantes Detail, dass deutlich zu vernehmen ist, ist der elektrische Schwungmassenstarter. Vor dem Triebwerksstart wird mittels eines Elektromotors eine Schwungmasse in Rotation versetzt, welche, wenn sie nach einigen Sekunden eine ausreichende Drehgeschwindigkeit erreicht hat, über eine Kupplung die Kurbelwelle in Rotation versetzt und somit den Startvorgang ermöglicht.

Dem einen oder anderen mag es akustisch so vorkommen, als ob eine alte Strassenbahn oder S-Bahn vorbeifährt, wenn der Startmotor die Arbeit aufnimmt. Diese Prinzip ist sehr häufig bei alten Sternmotoren zu finden. Einige andere Typen verwenden Luftdruck zum Starten. In seltenen Fällen konnten hierfür sogar Kartuschen verwendet werden.

Allerdings ist ein Sternmotor nicht „einfach so“ in Betrieb zu nehmen. Die Inbetriebnahme unterscheidet sich ganz erheblich von der eines Automotors. Nach einiger Standzeit, sowohl im kalten als auch warmen Zustand, ist das Bauprinzip des Motors zu beachten.

Zu den täglichen Pflichten als Flight- und Ground Crew gehört das Durchdrehen des Propellers vor dem Anlassen. Immer auch abhängig vom Zeitraum, wie lange das Triebwerk stand. Wir werden oft gefragt, weshalb wir das tun. Die nicht ganz ernst gemeinte Antwort ist dann: „Wir ziehen den Motor auf. Drei bis vier Umdrehungen reichen für etwa 20 Minuten Flug.“ Das ist natürlich Unsinn, aber immer eine schöne Geschichte.

Tatsächlich ist es eine notwendige Vorsichtsmassnahme. Bauartbedingt läuft nach einiger Standzeit das warme und somit sehr flussfähige Triebwerksöl an die tiefsten Punkte im Motor. Diese sind beim Sternmotor die unteren Zylinder, welche kopfüber stehen. Somit hängt der Zylinderkopf mit den Ventilen nach unten. Das Öl rinnt, an den Kompressionsringen und Ölabstreifringen vorbei, in die unten liegenden Brennraum. Zur Erinnerung: Abstreif- und Kompressionsringe dichten nur wirklich effektiv ab, wenn der Motor in Betrieb ist und Verbrennungsdruck im Zylinder herrscht. Und je nach Passgenauigkeit ist auch hier ein sogenanntes Bypass-Verhältnis vorhanden. Heißt: Triebwerksöl wird auch bei laufendem Triebwerk mit verbrannt.

Steht nun das Triebwerk im abgestellten Zustand so, dass in den unteren Zylindern die Ventile geschlossen sind, sammelt sich das Öl im Brennraum und kann nicht abfließen. Wird das Triebwerk nun gestartet, trifft der Kolben auf das nicht komprimierbare Öl und es erfolgt das, was man einen Hydroschlag nennt. Da dass Öl nirgendwo hin kann, stoppt der Kolben abrupt, noch vor erreichen seines oberen Totpunktes und das schwächste Glied in der Kette gibt nach. Das kann wahlweise das Pleul sein oder der Zylinderkopf. Es kam in der Vergangenheit schon vor, dass der komplette Zylinder vom Triebwerksgehäuse abgerissen und durch die Triebwerksverkleidung geschossen wurde. Mindestens ist jedoch ein kapitaler Triebwerksschaden zu befürchten. Im allerbesten Falle springt das Triebwerk einfach nicht an und die Kurbelwelle dreht sich durch den Aufprall ein Stück zurück.

Wie ist das aber nun zu verhindern und was hat das Drehen am Propeller und eine Colaflasche damit zu tun? Um das Öl nun aus dem Brennraum zu bekommen, gibt es eine einfach aber effektive Lösung: Die Kurbelwelle wird über den Propeller solange mit Hand gedreht, bis die Auslassventile der unteren Zylinder geöffnet sind. Nun kann das Öl durch die offenen Ventile in den Abgassammler fließen und der Brennraum ist nun bis auf wenige Reste frei vom Schmierstoff. Man könnte es nun dabei bewenden lassen. Doch wer am falschen Ende faul ist, der hat hinterher reichlich Arbeit. Und zwar eine Schmutzige! Ist nun nämlich das Öl aus allen Zylindern abgelassen, befindet sich jetzt eine nicht ganz unerhebliche Menge des schwarzen Goldes im Abgassammler. Da können durchaus mal ein bis zwei anständige Schnapsgläser 20 Minuten nach dem letzten Abstellen zusammen kommen. Eben jene Pfütze wird mit den ersten Zündungen, feinzerstäubt aus dem Auspuffrohr, über den unteren rechten Tragflügel und die rechten Rumpfseite verteilt. Und nach dem Flug sind ein oder zwei Crewmitglieder mit Lappen bewaffnet damit beschäftigt, das Flugzeug vom Öl zu befreien.

Um dies zu verhindern, kommt unsere Colaflasche ins Spiel. Der Abgassammler verfügt an der tiefsten Stelle über ein kleines Ablassventil. Hier sammelt sich das Öl. An diesem Ventil befestigen wir unsere Colaflasche, öffnen das Ablassventil und das gesammelte Öl fließt in die Flasche. Somit ersparen wir uns das Putzen und tun der Umwelt etwas Gutes, indem wir es nicht achtlos in den Boden laufen lassen. Denn schließlich ist uns die Umwelt alles andere als egal!

Es lässt sich hingegen prinzipbedingt nicht ganz verhindern, das immer etwas Öl im Abgassammler und den Zylindern verbleibt. Dieses Öl wird dann mit den ersten Zündungen verbrannt. Dies wiederum resultiert in der weißgrauen Abgasfahne, welche nach dem Triebwerksstart entsteht. Sieht spektakulär aus, ist aber faktisch wirklich nur sehr wenig Öl, dass sich da optisch gewaltig in Szene setzt.

Natürlich „lebt“ unsere Antonov und sie hat auch mal so ihre Momente. Dann kann man drehen und ablassen wie man möchte, das Triebwerk spuckt trotzdem mal Öl aus dem Auspuff. Das gehört aber zu unserem Crewleben dazu und wenn mein sein Flugzeug so von Herzen liebt wie wir es tun, dann empfindet man das Putzen nicht als übermäßige Last.

Und nun zum Schluss noch ein paar Zahlen, Daten Fakten zum Triebwerk.