"Ladedruck" und Drehzahl – ein Wintermärchen
Kraft gebetsmühlenartiger Wiederholung der ewig gleichen Predigten eines verdienten und eigentlich glaubwürdigen Personenkreises hat sich an diversen Fliegerstammtischen der Allgemeinen Luftfahrt und leider auch darüber hinaus ein schier unausrottbarer Mythos breitgemacht – nämlich der, dass man einen Flugmotor samt Verstellpropeller niemals „überquadratisch“ betreiben sollte, also der Ladedruck niemals das Hundertstel der gewählten Drehzahl überschreiten dürfe, z.B. maximal 23 inch Ladedruck bei 2300 Umdrehungen. Zuwiderhandlungen würden schlimmstenfalls mit motorseitigem Sofortableben bestraft – basta.
In den Köpfen der meisten Piloten, die ein solch komplexes Fluggerät bewegen, ist dieses Denken leider immer noch verhaftet; selbst die Mehrheit aller Fluglehrer verfällt in Kadavergehorsam, wenn es um das Thema Ladedruck und Drehzahl geht.
In den nachstehenden Sätzen möchte ich die nahezu unendliche Thematik Flugmotor, speziell Verbrennungsvorgang-Ladedruck-Verstellpropeller, nur soweit beleuchten, dass jeder normale PPL-Pilot zum eigenen Nachdenken angeregt wird und erkennt, dass diverse Pfade zwar allesamt nach Rom führen, der „Wegezoll“ aber durchaus unterschiedlich hoch ausfällt. Entscheiden muß am Ende jeder für sich alleine – auch dazu berechtigt die Fluglizenz.
Kleine Begriffskunde vorab:
- inHG oder in – stellt den Ladedruck dar in Zoll Quecksilber, gemessen im Ansaugtrakt des Motors
- RPM sind die Umdrehungen des Motors/Propellers,
- gph der Kraftstoffverbrauch in US-Gallonen pro Stunde,
- „überquadratisch“ bedeutet einen Ladedruck größer als 1/100der jew. RPM, etwa 26in/2150RPM;
- „unterquadratisch“ folglich das Gegenteil, also „weniger“ Ladedruck als 1/100 der jew. RPM, z.B. 22in/2500RPM.
- Ladedruck: „Den Ladedruck längstmöglich niedrig halten“ – so lautete meist das Märchen in unseren Köpfen. Schauergeschichten von geplatzten Motoren aufgrund „überquadratischer“ Bedienung machen nach wie vor die Runde. Dabei ist der Ladedruck zwar ein Druck, aber eben ein absoluter, im Ansaugrohr gemessener Wert. Meistens kein Überdruck, sondern ein Unterdruck – zumindest bei allen nicht mit Aufladung versehenen Motoren. Er kann ohne Lader niemals über den herrschenden Umgebungsdruck ansteigen. Und damit gehören die Legenden von „Ladedruckschäden“ und „überdrückten“ non-Turbo-Motoren in die Fabelwelt.
„Überquadratisch“ ist gut!
Wenn Piloten ihre Motoren ebenso wie ihre Autos behandeln würden, wären die Motoren in einem besseren Zustand und würden länger leben.
Gesetzt den Fall, man führe auf einer Autobahn konstant Tempo 130 mit einem nicht ganz unsportlichen Auto. Zur optimalen Leistungseinstellung wird jeder sagen: 5. Gang, einigen Druck auf dem Gaspedal, niedrige Drehzahl. Der Kraftstoffverbauch hält sich in Grenzen, der Lärm ist einem gewissen Wohlklang gewichen und der Motorverschleiß ist deutlich reduziert.
Aber niemandem würde einfallen zu sagen: 4. Gang, mittelhohe Drehzahl, oder gar 3. Gang und hohe Drehzahl, auch wenn die Drehzahlen durchaus noch im permanent erlaubten Bereich blieben und stets die gleiche Leistung erbracht werden müsste, um das konstante Tempo zu fahren.
Das gleiche gilt analog für den Ladedruck (entsprechend Gaspedal) und die Drehzahl (entsprechend Gang) im Flugzeug.
Der zweifelnde Pilot könnte jetzt (s)ein Flughandbuch zutage fördern um festzustellen: sowohl TeledyneContinental Motors (TCM) als auch Lycoming geben für nicht aufgeladene Triebwerke in den jeweiligen Leistungstabellen Ladedrücke an, die 1-3in über der bislang bekannten „Regel“ liegen; bei turbo- oder anders aufgeladenen Motoren liegen die Werte sogar 9-12in über unserem Fliegermythos.
Ferner fällt auf, dass die gleiche Motorleistung in einer gegebenen Flughöhe mit unterschiedlichen Ladedrücken und unterschiedlichen Drehzahlen erreicht werden kann – meist ist der Kraftstoffverbrauch, also der „fuel flow“, dabei etwas anders.
Die Flughandbuchtabellen sind übrigens je nach Flugzeughersteller nicht immer genau - wer je den Genuß hatte, eine Reims-Cessna F150G anno 1967 zu fliegen, kennt die berühmten drei Zahlen für 0, 2500 und 5000 Fuß Betriebshöhe; sinnvoll – wenn auch für die folgenden Ausführungen nicht nötig - wäre hier für den näher Interessierten ein Motorhandbuch des jew. Triebwerksherstellers.
In Kapitel V unseres Flughandbuches (es sei hier beispielhaft ein 200PS-Nicht-Cessna-Flugzeug) finden wir beispielsweise für eine Leistungseinstellung von 65% in 3000ft Druckhöhe folgende Werte als möglich und erlaubt angegeben:
19,5in, 2700RPM, 10,7gph
20in, 2600RPM, 10,4gph
21in, 2500RPM, 10,2gph
21,8in, 2400RPM, 10,0gph
23in, 2300RPM, 9,9gph
24in, 2200RPM, 9,8gph
25in, 2150RPM, 9,7gph
Also immer dieselbe Leistung, nämlich 65%, aber mit recht unterschiedlichen Hebelstellungen und einem Unterschied im Kraftstoffverbrauch von bis zu 3,7 Litern Avgas – pro Stunde!
Dieselbe Leistung produziert dieselbe Geschwindigkeit, also ist ein eventueller Geschwindigkeits-verlust nicht zu befürchten. Warum sollte man nicht die üblichen 21,8in und 2400RPM fliegen? Warum lieber die 24in und 2200RPM nehmen?
Der lächerliche Unterschied von 200RPM macht nichts aus, werde die meisten denken – weit gefehlt. Über die TBO-Lebensdauer von beispielsweise 1600 Stunden eines sechszylindrigen TCM-Triebwerks sieht die Einsparung wie folgt aus:
19,2 Millionen Kurbelwellenumdrehungen, 9,6 Millionen Nockenwellenumdrehungen und Ventilbewegungen und insgesamt 115,2 Millionen lineare Kolbenbewegungen werden vermieden, sie entstehen erst gar nicht, sind null und nichtig. Zur Erinnerung: bei gleicher Fluggeschwindigkeit, gleicher Leistung.
Es entsteht wesentlich weniger innerer Reibungsverlust, damit Wärme, Abrieb und Verschleiß; die Kolbenringe werden geschont, der Motor besitzt eine bessere Kompression, die Ventile und Ventilschäfte laufen kühler, der Wirkungsgrad des Propellers ist besser, die Abgas- und vor allem Zylinderkopftemperaturen sind niedriger; kurzum, der Motor unterliegt weniger Verschleiß und geringeren Belastungen.
Weniger Wärme, weniger RPM bedeutet auch weniger erforderliche Innenkühlung und weniger Kraftstoffverbrauch; selbst ein gutes halbes Gallönchen, also zwei Liter pro Stunde weniger, bedeutet in 1600 Stunden satte 3200 Liter oder grob 6400 Euro Einsparung.
Als Schmankerl obendrein gibt’s weniger Lärm in der Kabine und, nicht ganz unwesentlich in unserem Lande, für Außenstehende weniger Fluglärm. Und der Mechaniker freut sich über weniger Ablagerungen in den Zündkerzen.
Bei 2400RPM verliert der Motor durch innere Reibung etwa 25PS; bei 2200RPM sind es nur etwa 17PS. Reibung bedeutet Wärme mit all ihren Folgen – siehe oben.
Die Abgastemperatur bei 2200RPM liegt, das erstaunt nun nicht mehr, etwa 50°F unter dem Wert für 2400RPM. Also lässt sich das Gemisch aggressiver leanen, daher resultiert auch der geringere Verbrauch. Gut geleant entsteht an den Ventilen, Ventilsitzen und Ventilschäften weniger Hitze, was diesen eine höhere Lebensdauer bzw. verminderte Ausfallwahrscheinlichkeit beschert - die Zylinderkopftemperatur sinkt nämlich gleich mit und man kann sich, sofern vorhanden, den Gebrauch von Kühlluftklappen sparen bzw. drastisch einschränken und daher eine höhere Reisegeschwindigkeit erzielen.
Weniger Ausfallwahrscheinlichkeit bedeutet auch mehr Sicherheit – speziell in der Fliegerei sollte das von Interesse sein.
Zur Auto-Analogie zurück...niemand fährt freiwillig im 3. Gang über die Autobahn, warum sollten wir es in unseren Flugzeugen tun, wo nichts, aber auch gar nichts dafür spricht?
Zusammengefasst lässt sich folgender Ratschlag erteilen:
Im Reiseflug stets den höchsten Ladedruck und die niedrigste Drehzahl wählen, die das Flughandbuch für die gewünschte Leistungs-Prozentzahl vorsieht/erlaubt.
Die Anzahl der Drehzahlreduktionsmöglichkeiten nimmt mit einem nicht aufgeladenen Motor mit zunehmender Flughöhe ab und läßt sich irgendwann, wenn der Leistungshebel und damit die Drosselklappe voll geöffnet ist, nur noch über eine Drehzahländerung herbeiführen; bei einem Turbomotor hingegen ist die Anzahl der möglichen Einstellungen über die gesamte Flughöhe fast gleichbleibend.
Wichtiger Hinweis: hier handelt es sich ausschließlich um Reiseflugeinstellungen! Versuchen Sie niemals, mit reduzierter Drehzahl zu starten oder anfänglich zu steigen oder mit einem anderem als dem angegebenen Ladedruck (Non-Turbo: Vollgas) zu starten!
Ein Startversuch mit einer geringeren als der für den Start vorgesehenen Drehzahl kann zu übermäßigem Druck im Verbrennungsraum, Fehlzündungen, klopfender Verbrennung und thermischer Überlastung und damit Ausfall des Triebwerks führen!
Niemand fährt im Auto im 5. Gang los, um zu beschleunigen!
Ich hoffe, mit den Gedanken zum Nachdenken angeregt zu haben und verbleibe mit kameradschaftlichen Grüßen
© Marcel Herbig
