Vierzylinder aus dem Baukasten – Franzis-Lernpaket Verbrennungsmotor

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Aus ELVjournal 03/2012     0 Kommentare
 Vierzylinder aus dem Baukasten – Franzis-Lernpaket Verbrennungsmotor

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Mal etwas Anderes als nur Elektronik, über den Tellerrand schauen, am Ende aber doch wieder bei der Elektronik landen – das dachte sich wohl der Franzis-Verlag und brachte vor einiger Zeit das Lernpaket Verbrennungsmotor” heraus, ein sehr anschauliches Komplett-Modell eines Vierzylinder-Viertaktmotors mit interessanten Einblicken – mehr als nur ein Geschenk für den Junior!

Motorenbau in zwei Stunden

Die vollständige Bezeichnung des ungewöhnlichen Lernpakets deutet auf den Zweck hin: „Verbrennungsmotoren verstehen und anwenden“. Und genau in diesen Kontext fällt dieser Bausatz: Das transparente Modell muss nicht nur von A bis Z aus Einzelteilen aufgebaut werden, wobei man alle wichtigen Teile eines Verbrennungsmotors haptisch kennenlernt, man erfährt auch quasi nebenbei die Funktion und Wirkungsweise aller Teile. Der Motor bildet einschließlich einer funktionsfähigen Ventilsteuerung mit zwei Ventilen je Zylinder tatsächlich alles nach, was dazu gehört: Zylinder, Pleuel, Kurbelwelle, Kolben, Ventile, Nockenwelle, Kühlung, Zahnriemenantrieb, Zündung. Durch einen am Kurbelwellenantrieb montierten Elektromotor kommt das Ganze in Bewegung, einschließlich Visualisierung der Zündung der einzelnen Zylinder. Und – da kommt dann wieder der Elektroniker zurück – das Begleitbuch führt abschließend zahlreiche Beispiele auf, wie man das Ganze mit kleinen Elektronikschaltungen auf dem Steckbrett noch verfeinern kann.
Bild 1: Vergnügliche Arbeit für einige Stunden – der Bausatz besteht aus über hundert Teilen.
Bild 1: Vergnügliche Arbeit für einige Stunden – der Bausatz besteht aus über hundert Teilen.
Für den Aufbau sollte man sich wenigstens zwei Stunden Zeit nehmen, um in Ruhe zu arbeiten. Alle Teile sind, wie im Plastikmodellbau üblich, nummeriert in Spritzrahmen zum Herausbrechen und -schneiden untergebracht. Bild 1 zeigt die über hundert Teile, zu denen auch ein passender Schraubendreher gehört. Außer zwei Mignon-Batterien wird also wie üblich alles mitgeliefert, was man zum Aufbau benötigt. Lediglich ein scharfes Bastelmesser und einen Schleifblock o. Ä. sollte man zum Beseitigen der beim Heraustrennen der Bauteile entstehenden Grate zur Hand haben. Im 126-seitigen Begleitbuch geht es nach einer anschaulichen Einführung in die Arbeitsweise eines Viertakt-Ottomotors zu einer Schritt-für-Schritt-Bauanleitung über, die jeweils mit übersichtlichen Skizzen begleitet wird.

Lernen beim Bauen

Bild 2: Technische Details en masse – hier kann man sehr gut das Zusammenspiel zwischen Nockenwelle, Kipphebeln und federnd gelagerten Ventilen sehen.
Bild 2: Technische Details en masse – hier kann man sehr gut das Zusammenspiel zwischen Nockenwelle, Kipphebeln und federnd gelagerten Ventilen sehen.
Der Aufbau ist sicher nicht zufällig so beschrieben, dass man die einzelnen Funktionsgruppen eine nach der anderen komplett aufbaut und diese schließlich eine nach der anderen an den Motorblock anbaut. Selbst für einen gestandenen Autofahrer ist es interessant, einmal eine komplett in der richtigen Reihenfolge bestückte Nockenwelle, Kipphebel (Bild 2) oder einen Zündverteiler in der Hand zu halten und zusammenzusetzen.
Bild 3: Wie im echten Motor: Ein- (groß) und Auslassventile (klein) im Zylinderkopf
Bild 3: Wie im echten Motor: Ein- (groß) und Auslassventile (klein) im Zylinderkopf
Man hat sich wirklich bis zur letzten Ventilfeder, ja bis zur Gestaltung der Ein- und Auslassventile (Bild 3) Mühe gegeben, den Aufbau so authentisch wie möglich zu gestalten.
Bild 4: Echter Zahnriemenantrieb samt Spannrolle für den Nockenwellenantrieb
Bild 4: Echter Zahnriemenantrieb samt Spannrolle für den Nockenwellenantrieb
Besonders interessant wird es schließlich, wenn es daran geht, etwa die Mechanik genau auszurichten, um den für die präzise Steuerung verantwortlichen Zahnriemen (Bild 4) einzubauen, oder den Zündverteiler (Bild 5) so einzustellen, dass jeder Zylinder zur richtigen Zeit gezündet wird. Das Zünden wird im Übrigen durch kleine Glühlämpchen am jeweiligen Zylinder (Bild 6) dargestellt – spätestens bei der Zündeinstellung lernt der Erbauer, wie wichtig hier exaktes Abstimmen aller beteiligten Teile ist. Der Detailreichtum geht hin bis zur Realisierung eines mit einem zusätzlichen Antrieb versehenen Kühlventilators, lediglich die Wasserkühlung, der Vergaser und die Ansaug- und Abgasanlage sind nur durch Attrappen angedeutet.
Bild 5: Auch ein real arbeitender Zündverteiler mit Zündzeitpunktverstellung ist vorhanden.
Bild 5: Auch ein real arbeitender Zündverteiler mit Zündzeitpunktverstellung ist vorhanden.
Bild 6: Funktioniert – das Zünden leitet den dritten Takt ein.
Bild 6: Funktioniert – das Zünden leitet den dritten Takt ein.
Bild 7: Statt Kupplung – ein Elektromotor treibt den Vierzylinder an.
Bild 7: Statt Kupplung – ein Elektromotor treibt den Vierzylinder an.
Denn der Motor läuft zwar mit echtem Öl – einige bewegliche Teile werden beim Zusammenbau mit normalem Pflanzenöl aus dem Küchenschrank behandelt – aber ansonsten dient ein Elektromotor als Antrieb für das Modell. Der wird, wie in Bild 7 gezeigt, anstelle einer Kupplung angebaut und treibt über eine Übersetzung den Motor so an, dass man alle Bewegungen genau verfolgen kann. Das Ganze wird auf einem stabilen Träger montiert, so hat der Motor einen sicheren Stand und macht auch als Schaustück eine gute Figur.
Bild 8: Batteriebox mit integriertem Startgeräuschgenerator und Zeitschalter
Bild 8: Batteriebox mit integriertem Startgeräuschgenerator und Zeitschalter
Die Spannungsversorgung erfolgt über eine mit zwei Mignonzellen zu bestückende Batteriebox (Bild 8), die etwas Elektronik enthält. So werden hierdurch auf Knopfdruck sowohl die „Zündung“ als auch der Motor für einige Sekunden mit Spannung versorgt, als kleines Gimmick ertönt zu Beginn jeweils noch das Startgeräusch eines solchen Motors aus der Box.

Lernen nach dem Bauen

Hat der Motor die ersten Umdrehungen nach dem Zusammenbau hinter sich, kann das Erforschen der Arbeitsweise beginnen: Wie funktioniert ein Ventilantrieb, wann öffnet welches Ventil, wann wird das verdichtete Brennstoffgemisch gezündet, wie funktioniert eine Kurbelwelle oder eine Zündverteilung? Das Begleitbuch unterfüttert dieses Lernen, führt aber auch weiter zu anderen Antriebskonzepten und Motorenarten – sehr interessant zu lesen.

Ein wenig Elektronik

Bis hierher läuft unser Modellmotor ja restlos konventionell, selbst die Zündung erledigt er mit einem heute geradezu antiken Zündverteiler. Immerhin ist solch ein einfach aufgebauter Vergasermotor völlig unabhängig von elektronischen Bauteilen, also für Weltuntergangsverschwörer sozusagen Armageddon-fest.
Bild 9: Fantasievolle Elektronik-Ergänzung zum Motorenmodell: Hier sind ein kleiner Zeitschalter (Anlasser-Nachbildung, der den Geräuschgenerator schaltet und danach den Drehzahlsteller für den Elektromotor aktiviert) und ein Drehzahlsteller aufgebaut.
Bild 9: Fantasievolle Elektronik-Ergänzung zum Motorenmodell: Hier sind ein kleiner Zeitschalter (Anlasser-Nachbildung, der den Geräuschgenerator schaltet und danach den Drehzahlsteller für den Elektromotor aktiviert) und ein Drehzahlsteller aufgebaut.
Um aber auch dem Elektroniker noch etwas Kreativpotential zu eröffnen, schlägt das Begleitbuch zahlreiche kleine, schnell auf einem Steckbrett aufzubauende Schaltungen vor – von der Vorglühanzeige für Dieselmotoren über Funktionsanzeigen bis hin zu einer Drehzahleinstellung und der interessanten Illumination des Modells mit LEDs. Bild 9 zeigt eine solche Zusatzschaltung. Der eigenen Kreativität sind dabei keine Grenzen gesetzt, so kann man durchaus auch einen Gedanken dem Ordnen der etwas unaufgeräumt wirkenden Zündungsverkabelung widmen. Für den absoluten Elektronik-Einsteiger werden alle Bauteile, wie bei Franzis üblich, genau erklärt, so dass hier auch noch ein Mini-Elektronik-Lehrgang eingebaut ist. Zu beachten ist, dass die Elektronikbauteile, wie auch das Steckbrett, nicht Bestandteile des Bausatzes sind. Insgesamt wirkt das Modell auch robust genug für den Lehrbetrieb, so dass man sich das Ganze durchaus auch in einem Klassenzimmer vorstellen kann. Und ordnet man die Kabel sauber, macht der Motor auch in einer Vitrine eine gute Figur. Damit erfüllt solch ein Lernpaket, wenn auch nicht ganz billig, sehr gut die gestellten Anforderungen – Technik im wahrsten Sinne des Wortes begreifbar zu machen!

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