Glühkerzen
...eine zündende Idee

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Glühkerze - Warum und wie

Eine Glühkerze ist ein wichtiges Element im Brennraum von Verbrennungsmotoren. Die Glühkerze besitzt eine Drahtspirale, eine sogenannte Glühwendel. Die Glühwendel besteht aus einem Widerstandsdraht, durch den bei Anlegen einer elektrischen Spannung ein Strom fließt, welcher die Wendel sehr stark erwärmt und zum Glühen bringt. Diese Glühwendel wird nur beim Start des Motors (und auch nur dann) elektrisch beheizt und zum Glühen gebracht. Die Glühwendel sorgt für die erforderliche Zündtemperatur. Die Entzündung des Verbrennungsgemisches beginnt an der Glühwendel der Glühkerze. Nachdem der Motor gestartet wurde, wird die Glühkerze nicht mehr elektrisch beheizt, sondern die bei der Verbrennung entstehende hohe Temperatur sorgt dann für ein ständiges Glühen der Wendel ganz ohne elektrische Zuheizung. Die Glühwendel muss jedoch auch ohne elektrische Zuheizung während des Laufes des Motors immer Glühen, um durch die sehr hohe Temperatur den Zündprozess einleiten zu können.

Genau aus diesem Grunde ist es auch nötig, immer eine zu den Anforderungen passende Glühkerze zu verwenden. Die Glühwendel der Glühkerze wird vor dem Start des Motors mit einer Spannung von 1,5 - 2V (2,5 bis 5A) von einer externen Batterie zum (Hellrot)-Glühen gebracht. Beim Einspritzen des Sprit-Luft Gemisches beginnt dieses, sich an der glühenden Wendel der Glühkerze zu entzünden. Durch das Einspritzen des Kraftstoffes wirkt ein Kühleffekt auf die Glühwendel. Beim anschließenden Verbrennungsprozess wird der Wendel wieder Wärmeenergie zugeführt, die für den nächsten Zündvorgang wichtig ist. Beides wirkt sich auf die Temperatur der Wendel und somit auch den nachfolgenden Zündprozess aus. Bei Kälte im Winter benötigt man andere Glühkerzen als im heißen Sommer. Je nach Höhe des Nitromethananteils im Sprit braucht man auch verschiedene Kerzen. Die Glühkerze muss so an die Erfordernisse und Gegebenheiten angepasst werden, dass sie eine ausreichend hohe Zündtemperatur liefert, ohne dabei zu heiß zu werden. Eine zu kalt laufende Kerze kann den Zündvorgang nicht mehr richtig einleiten und der Motor beginnt zu stottern. Eine zu heiß laufende Glühkerze führt zu einem zu früh einsetzenden Zündvorgang und das wiederum zum Heißlaufen des Helikopters. Hier hat natürlich die Einstellung des Sprit/Luftgemisches auch einen entscheidenden Einfluss. Denn ein " fett" eingestelltes Gemisch (viel Sprit und wenig Luft, also nass) kühlt den Motor und auch die Glühkerze. Ein "mager" eingestelltes Gemisch kühlt den Motor weniger.

Mehr grundlegende Info zu Verbrennermotoren findest Du hier unter Nitro Methanol- Motoren .

Ohne die Glühkerze würde ein solcher Verbrennermotor nicht starten und auch nicht laufen.

Alle Glühkerzen funktionieren nach demselben Prinzip. Jedoch gibt es für unterschiedliche Anforderungen auch unterschiedliche Typen von Glühkerzen.


Aufbau einer Glühkerze

Glühkerze

Auf dem Bild ist deutlich die glühende Wendel im Inneren der Glühkerze zu erkennen. Diese Glühwendel sorgt für die Einleitung des Zündvorganges. Zum Starten des Motors wird die Wendel elektrisch vorgeglüht. Während der Motor läuft ist keine elektrische Zuheizung mehr erforderlich, da die nötige Wärmeenergie aus dem Verbrennungsprozess selbst bezogen wird.


Glühkerzentypen

Der funktionelle Hauptunterschied der Glühkerzen besteht darin, dass die Glühwendeln der verschiedenen Typen ein unterschiedlich starkes Wärmespeichervermögen besitzen. Dieses Wärmespeichervermögen der Glühwendel wird maßgeblich beeinflusst von der Art des verwendeten Glühwendelmaterials, der Dicke und Länge des Wendeldrahtes, der Ausführung der Spirale (eng oder weit) und dem die Glühwendel umgebenden Hohlraum in der Glühkerze. Des Weiteren kann die Wendel mehr oder weniger tief hinten im Hohlraum stehen, oder leicht vorn aus der Glühkerze herausstehen.

Um so mehr Wärme der eingesetzte Sprit beim Verbrennungsprozess erzeugt, desto "kälter" muss die Glühkerze sein, Für Kraftstoff ohne Nitromethan- Anteil werden sogenannte "heiße Glühkerzen" eigesetzt. "Kalte Glühkerzen" finden Anwendung bei Kraftstoff mit hohem Nitromethan- Anteil (30%). Dazwischen gibt es diverse Abstufungen.

Bei Modellbaumotoren wird Alkohol mit einem optionalen mehr oder minder hohen Nitromethan- Zusatz, an der permanent glühenden Glühwendel entzündet. Da mit dieser Zündmethode kein genau gesteuerter Zündzeitpunkt zu erreichen ist, spricht man auch von einer "ungesteuerten Glühzündung ". Eine Glühkerze entzündet zwar das Sprit/Luftgemisch, es besteht aber dennoch ein gravierender Unterschied zur sogenannten Zündkerze, welche durch einen Zündfunken für die Auslösung des Verbrennungsvorganges sorgt.


Wahl der passenden Glühkerze

Die Wahl der am besten passenden Glühkerze ist Voraussetzung für einen einwandfreien Lauf des Helikopters. Die Art der Kerze hat wesentlichen Einfluss auf das Zündverhalten und somit auch auf die Motortemperatur und die Motorleistung. Bei Wahl der falschen Kerze kann es passieren, dass der Motor gar nicht anspringt, nicht rund läuft oder zu heiß wird.

Zur Wahl der richtigen Glühkerzentype gibt es eine einfache Grundregel.

Hoher Nitromethan- Anteil => Heißer Motor => kalte Kerze
Kein Nitromethan- Anteil => Kalter Motor => heiße Kerze

Info zu Modellbausprit findest Du hier unter Nitromethanol als Treibstoff im Modellbau

Dazu kann man jahreszeitenbedingten Temperaturunterschieden entgegenwirken.

Sehr kaltes Wetter => etwas heißere Kerze
Sehr warmes Wetter => etwas kältere Kerze

Je dicker der Glühdraht und je größer der die Wendel umgebende Hohlraum ist, desto länger glüht die Wendel nach dem Arbeitstakt nach.

Eine Glühkerze muss immer so ausgewählt werden, dass sie bei Teillast bzw. im Leerlauf des Motors noch richtig zündet, damit der Motor auch rundläuft. Im höheren Lastbereich des Motors darf sie dennoch nicht durch zu hohe Wendeltemperaturen zu extremer Frühzündung zu neigen, was den Motor übermäßig stark erhitzen würde. Man kann dem Motor dann zwar einen zusätzlichen Kühleffekt verschaffen, indem man das Gemisch etwas fetter stellt. Aber das hat wiederum Einfluss auf das Leerlaufverhalten. Es braucht schon etwas Fingerspitzengefühl um die richtige Glühkerze und die dazu passende Vergasereinstellung zu finden.


Drosselkerzen

Eine so genannte Drosselkerze nimmt eine Sonderstellung ein. Die Drosselkerze wird wegen eines Steges der sich über der Wendelöffnung befindet, auch als Stegkerze bezeichnet.

Der Metallsteg schirmt den unteren Teil der Wendel etwas ab, so dass die Kerze im Leerlauf zuverlässig weiter glüht.


Belastbarkeit und Haltbarkeit von Glühkerzen

Glühkerzen sind belastbar, haben jedoch auch ihre physikalischen Grenzen.
Glühkerzen unterliegen einem natürlichen Verschleiß! Regelmäßige Kontrolle und Wechsel schützen vor Ausfall.

Die Glühwendel einer Glühkerze kann schon durch Überspannung beim Vorglühen durchbrennen. Sie kann ebenso durch Vibrationen und Überhitzung während des Motorlaufes beschädigt werden. Darüber hinaus unterliegt die Glühwendel einem natürlichen Verschleiß durch Abbrand, denn sie ist stets hoher Temperatur und Vibrationen ausgesetzt und unterliegt dabei noch gravierenden Temperaturschwankungen, da sie bei jedem Arbeitstakt durch das einströmende Gemisch abgekühlt wird und sich dann wieder beim Verbrennungsprozess erwärmt. Mit zunehmendem Alter und Betriebsdauer der Kerze steigt das Ausfallrisiko stark!


Was tun wenn...?

Problem:

Der Motor springt an und läuft rund, geht jedoch sofort wieder aus oder stottert, nachdem die elektrische Vorheizung der Kerze abgeschaltet wurde bzw. der Vorglühstecker gezogen wurde.

Lösung:

Die Kerze ist zu "kalt" und/oder das Spritgemisch ist viel zu fett. Sie besitzt nicht genügend Wärmespeichervermögen. Während der elektrischen Vorheizung glüht sie optimal und der Motor springt gut an. Wird die elektrische Zuheizung nach dem Motorstart abgeschaltet, dann verliert die Glühwendel sofort an Temperatur und kann den Zündprozess nicht mehr richtig einleiten. Der Motor geht aus, oder beginnt zu stottern und lauft nicht mehr rund.

Problem:

Der Motor wird zu heiß während des Laufes.

Lösung:

Die Glühkerze ist zu "heiß". Eine zu hohe Temperatur der Glühwendel während des Motorlaufes führt zu Frühzündung! Dadurch erwärmt sich der Motor stark. Des Weiteren ist eventuell der Vergaser ist zu "spitz" eingestellt bzw. das Gemisch ist zu "mager". Das bedeutet, dass zu wenig kühlendes Methanol bzw. Öl eingespritzt wird.

Die Einstellung des Gemisches und die Wahl der Glühkerze sind voneinander abhängig. Wird das Gemisch (fetter oder magerer) verändert, bzw. Sprit mit anderem Mischungsverhältnis verwendet, dann ist eine Anpassung der Glühkerzentype manchmal unerlässlich.

Erst wenn ein Motor wirklich gut startet, rund und leistungsstark läuft und auch nicht zu heiß wird, dann hat man die richtige Einstellung und die passende Glühkerze gefunden.

Manchmal geht bei diesem Thema Probieren über Studieren.