Ich habe mir eine Weile überlegt, ob dieses Thema überhaupt für einen Blogbeitrag geeignet ist. Wir möchten ja primär Kunden animieren, einen Rundflug zu buchen. Wenn wir hier nun von Fehlern und Defekten sprechen, könnte das diesem Ziel eher entgegenwirken. Andererseits wollen wir unseren Kunden gegenüber transparent sein und auch Wissen vermitteln, was alles zum Helifliegen einfach zwingend notwendig ist und getan werden muss, bevor der Flug überhaupt durchgeführt werden kann. Hierzu wird es einen separaten Beitrag geben, der sich mit den verschiedenen Elementen der doch sehr aufwändigen Flugvorbereitung beschäftigt. Insgesamt denke ich also, dass ein Blogbeitrag darüber, was wir Piloten alles prüfen wollen und müssen, um Fehler zu entdecken und wie wir dann damit umgehen, das Vertrauen eher steigen lässt. Nun zur Geschichte, die ich eigentlich erzählen möchte.
Vor einigen Wochen mussten wir den laufenden Hubschrauber wenige Momente vor dem Abheben leider wieder abstellen, die enttäuschten Passagiere aussteigen lassen und diesen Flug sowie alle weiteren Flüge des Tages bei strahlendem Rundflugwetter absagen. Was war passiert? Der Magnetcheck – einer der vielen Checks, die wir bis zum Abheben durchlaufen – hat uns ein mögliches Problem mit dem Antrieb aufgezeigt. Die Null-Toleranz-Richtlinie zwang uns also dazu, den Flug noch vor dem Start abzubrechen, die Fluggäste wieder nach Hause zu schicken und einen neuen Termin zu vereinbaren, nachdem der Fehler durch zertifiziertes Fachpersonal analysiert, gefunden und natürlich auch beseitigt wurde. Und was zum Teufel ist nun dieser Magnetcheck? Dazu müssen wir etwas ausholen, weil der Magnet mit der Zündung zu tun hat, die in einem 4-Takt Ottomotor des Hubschraubers verwendet wird.
Der Verbrennungsmotor
Um das auch fundiert zu verstehen, müssen wir uns bei dieser Gelegenheit auch gleich den Verbrennungsmotor an sich vornehmen. Dazu wird es nun etwas technisch – ich werde versuchen, alles ganz einfach zu erklären. Im Hubschrauber des Typs Robinson R44 ist ein Verbrennungsmotor verbaut, der nach dem 4-Takt-Prinzip funktioniert. Also eigentlich genauso, wie die normalen Benzin-Ottomotor-Kraftfahrzeuge, die millionenfach in Deutschland auf den Strassen herumfahren. (Ein Dieselmotor ist ein bisschen anders, den lassen wir an dieser Stelle mal weg.) Dabei wird im wesentlichen ein Benzin-Luft-Gemisch in ein geschlossenes Behältnis gebracht, komprimiert, angezündet und dadurch zum Explodieren gebracht. Die Wucht dieser Explosion wird genutzt, um im Ergebnis über mehrere Hebel und Wellen die Räder des Autos oder bei uns den Hauptrotor des Hubschraubers zum Drehen zu bringen. Warum heisst dieser Motor nun 4-Takt? Weil es vier verschiedene Vorgänge sind, die da nacheinander passieren und die jetzt kurz erklärt werden. Vier sind sind nicht allzu viel – also bleiben Sie dran und lesen Sie weiter.
1.Takt: Einlass des Benzin-Luft-Gemisches
Zunächst wird der Raum, in welchem die Verbrennung erfolgt, mit einem brennfähigen Gemisch aus Benzin und Luft gefüllt. Dieser Raum ist nicht viereckig, sondern rund und lang, also wie ein ein Rohr geformt. Etwas wissenschaftlich korrekter ist die Bezeichnung “Zylinder”. Bei einem Auto mit 4-Zylinder-Motor haben wir also vier von diesen rohrförmigen Verbrennungs-Räumen. Bei einigen Motoren wird das flüssige Benzin zunächst im Vergaser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand gebracht, weil es gasförmig besser brennt. Daher der Name “Vergaser”. Andere Motoren spritzen das Benzin direkt in den Zylinder, der Sprühnebel verdunstet und bildet dann im Zylinder im Ergebnis ebenso das brennfähige Gasgemisch.
2.Takt: Verdichtung
Der Zylinder wird dann verschlossen, damit die spätere Wucht der Explosion nicht irgendwohin verpufft, wo sie uns nichts nützt. Dazu wird das Rohr, durch das der Zylinder mit Luft und Benzingas gefüllt wird durch ein Ventil verschlossen. Weil durch dieses Ventil der Zylinder gefüllt wird, heisst es Einlassventil. Nach der Verbrennung strömt das Abgas dann Richtung Auspuff entsprechend durch das Auslassventil. Beide Ventile werden verschlossen. Anschliessend wird das Gas-Luft-Gemisch verdichtet. Stellen Sie sich vor, Sie drücken eine Luftpumpe zusammen und halten das Ventil mit dem Daumen zu. Wie bei einer solchen zugehaltenen Luftpumpe, wird ein Kolben in den Zylinder gedrückt, der den Druck auf das Gas erhöht.
Die 4 Takte eines regulären Benzin-Ottomotors
(Quelle: kidsdiscover.com)
3.Takt: Zündung
Jetzt ist das Gemisch reif für die Explosion. Am oberen Ende des Zylinders befindet sich eine Zündkerze, die im richtigen Moment mit einem Funken das Gas entzündet. Um diesen Funken zu erzeugen, benötigt sie eine gewisse Menge an Strom. Im Grunde genommen ist dies vergleichbar mit einem Blitz: Durch genügend starke elektrische Aufladung erzeugen wir im richtigen Moment eine plötzliche Entladung. Durch die Explosion wird der Kolben im Bild wieder nach unten gedrückt und diese Bewegung wird über diverse mechanische Elemente wie Stangen und Wellen in eine sich drehende Welle übersetzt. Diese Drehung wird dann am Ende auf die Räder des Autos oder den Hauptrotor des Hubschraubers übertragen.
4. Takt: Ausstoss
Im Zylinder befindet sich nun fast kein Druck mehr, dafür aber viel heisses Abgas. Das Auslassventil öffnet sich und während der Kolben sich wieder nach oben bewegt, drückt er das Abgas durch das geöffnete Auslassventil Richtung Auspuff. Wenn das erfolgt ist, schliesst sich das Auslassventil und das Einlassventil öffnet sich, um den Kolben wieder mit frischem Gas zu füllen. Es folgt der 1. Takt.
Der laufende Benzin-Ottomotor
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Ottomotor
Der Hubraum
Eine Kennzahl für die Grösse des Motors ist der Hubraum. Das ist das Volumen, welches der Kolben vom untersten bis zum obersten Punkt verdrängt. Je mehr Gas zur Zündung gebracht werden kann, desto mehr Leistung hat der Motor normalerweise. Der Zylinder beziehungsweise der ganze Motor könnte also einfach größer gebaut werden. Oder es könnten einfach mehr Zylinder gebaut werden. Wenn Sie also auf der Strasse einen Pkw sehen, auf dem hinten 2.0l (l für Liter) steht, dann bedeutet das, dass der Motor insgesamt 2 Liter Hubraum hat. Wenn man davon ausgeht dass der Motor wie die meisten anderen auch 4 Zylinder hat, dann hat ein einzelner Zylinder von diesem Motor einen Hubraum von einem halben Liter. Pro Hub wird also in jedem Zylinder etwa Gas im Volumen einer halben Milchtüte verbrannt. Und da auf der Strasse gerne mal wie im Rennsport auch die Stärke der Motoren verglichen wird erklärt sich nun folgender Kalauer: “Was ist besser als viel Hubraum? Noch mehr Hubraum!”
Die Zündung
Die Zündkerze benötigt zur Erzeugung des Zündfunkens Strom. Ein Zündfunke springt aber erst bei recht hoher Spannung über. Dieser Strom kommt aus der Batterie (mit relativ geringer Spannung) und wird dann beim Auto über eine Zündspule auf hohe Spannung gebracht. Über einen Verteiler wird dann jede Zündkerze zum richtigen Zeitpunkt mit Strom versorgt. Wenn nun Batterie oder Zündspule versagen, wird keine der Zündkerzen mehr mit Strom versorgt. Beim Auto ist das alles wenig lebensbedrohlich – man fährt einfach “rechts ran”, es sei denn das passiert auf der linken Autobahnspur bei Tempo 250. Beim Hubschrauber gibt es aber kein “rechts ran”-fliegen, deshalb ist man bei einer älteren, aber trotzdem zuverlässigeren Zündtechnik geblieben: Der Magnetzündung.
Schon mal geblitzt worden?
Um Magnetzündung zu verstehen, zunächst ein Mini-Exkurs zum Thema Induktion: Sind Sie schon einmal bei rot an einer Ampel geblitzt worden? Woher merkt der Blitzkasten, dass Sie bei rot gefahren sind? Radar? Nein, Radar nutzen eher die mobilen Blitzer, die von einem Ort zum anderen fahren und sich wie Wegelagerer hinter Büschen, Schildern oder Leitplanken verstecken. Diese mobilen Radargeräte sind auch sehr fehleranfällig und müssen jedes Mal neu geeicht bzw. kalibriert werden. Bei festen Blitzern oder Blitzampeln sehen Sie meistens Strukturen in der Strasse, an der gemessen wird. Hier bedient man sich der gleichen pysikalischen Prinzipien wie bei der Magnetzündung. Ihr Auto ist aus Metall und bewegt sich über eine Schlaufe aus Metallkabel. Wenn sich ein idealerweise noch magnetischer Metallgegenstand über eine Metallschlaufe bewegt, wird der Strom in dem Metallkabel durch magnetische Induktion messbar beeinflusst. Diese Beeinflussung wird dann als auslösendes Signal benutzt. Die Schlaufe in der Strasse heisst deshalb auch Induktionsschlaufe.
Wenn wir nun ein Stück magnetisches Metall (also einen Magneten), ständig über mehrere Kabelspulen kreisen lassen, erhalten wir einen Strom. Dieser Strom wird nach einigen weiteren Schritten genutzt, um zum richtigen Zeitpunkt die richtigen Zündkerzen zu zünden. Dieser Magnet ist direkt am Motor befestigt und wird direkt von diesem gedreht. Das hat zur Folge, dass der Motor – solange er läuft – den Magneten mitdreht und dieser dadurch den nötigen Strom für die Zündkerzen erzeugt. Es gibt also keine Abhängigkeit von einer Batterie, einer Zündspule oder einem Stromgenerator. Solange der Motor läuft, erzeugt er durch den Magneten auch selbst genügend Strom für die eigenen Zündkerzen, um weiterlaufen zu können. “Na gut”, könnten Sie jetzt sagen, “aber was ist, wenn der Magnet ausfällt?”. Gut mitgedacht – deshalb haben wir zwei unabhängige Magneten mit jeweils eigenen Zündkreisen.
Die Magnetzündung im Robinson R44 Raven II
Im Hubschrauber vom Typ Robinson R44 Variante Raven II ist ein Motor des amerikanischen Herstellers Lycoming vom Typ IO-540 eingebaut. Hierbei handelt es sich um einen luftgekühlten Boxermotor mit sechs Zylindern und insgesamt 9 Litern Hubraum. Die Amerikaner kennen dabei die europäischen Volumen-Masseinheiten Kubikzentimeter oder Liter nicht wirklich, sie nutzen Zoll statt Zentimetern. Dadurch kommt die Zahl 540 im Namen des Motors zustande – es handelt sich um 540 Kubikzoll – oder umgerechnet eben 9 Liter. Siehe dazu auch unseren Blog-Beitrag “Im Portrait: Der Robinson R44 Hubschrauber“. An diesem Motor sind zwei Zündmagnete angebracht, von denen jeder unabhängig voneinander genügend Strom für den jeweiligen Zündkreis liefert. Aufgrund der Bauart des Motors ist ein Magnet links und ein Magnet rechts angebracht. Praktischerweise heissen dann auch die Zündkreise “links” und “rechts”. Sie können im nächsten Bild neben dem Zündschlüssel zusätzlich zu “both” für “beide” ein “R” und ein “L” entdecken. Der Pilot kann also mit dem Zündschlüssel nur den rechten, nur den linken oder beide gleichzeitig einschalten.
Zündschlüssel-Positionen bei der R44
Das bedeutet insgesamt, dass wir in der R44 sechs Zylinder haben und jeder dieser Zylinder hat zwei Zündkerzen. Insgesamt hat der Motor also zwölf Zündkerzen. Jeweils eine gehört zum linken, die andere zum rechten Zündkreis. Die Zündkreise werden durch je einen eigenen Magneten separat mit Strom versorgt. Fällt also beispielsweise eine Zündkerze in einem Zylinder aus, ist in diesem einen Zylinder immer noch die Zündkerze des anderen Zündkreises aktiv. Fällt im Flug ein kompletter Magnet aus, ist immer noch der andere Zündkreis aktiv. Die Verbrennung ist zwar besser, wenn es pro Zylinder zwei Zündpunkte gibt, jedoch dürfte der Leistungsverlust nicht bedeutend sein. Wir können uns also auch mit nur einem funktionierendem Zündkreis in der Luft halten. Wir fliegen also immer mit zwei Zündkreisen, haben den Schlüssel also während des Fluges immer auf der Position “both” für beide Magneten. Nun könnten Sie fragen, warum denn da auch Positionen für nur links und nur rechts möglich sind. Endlich kommen wir nach langer Erklärung zum mysteriösen Magnetcheck.
Der Magnetcheck
Die Überprüfung der Zündmagneten ist einer der letzten Checks bevor es losgehen kann. Dieser Check ist genau definiert. Der Pilot stellt zunächst die Drehzahl manuell auf einen bestimmten Wert ein. Die Drehzahl von Motor und Rotor wird in einem eigenen Instrument in der Instrumententafel angezeigt. Im nächsten Bild ist es das Instrument ganz oben rechts. Hier befinden sich zwei Zeiger – einer links und einer rechts. Der Linke hat die Bezeichnung “E” für Engine (Motor) und der rechte die Bezeichnung “R” für Rotor. Als Pilot sehen wir also hier stets, ob sich Motor- und Rotor-Drehzahl in dem gewünschten grünen Bereich bewegen. Im Normalzustand während des Fluges zeigen beide Zeiger idealerweise immer die gleiche Prozentzahl von etwa 101% bis maximal 102% an. Beim Magnetcheck stellt der Pilot noch am Boden stehend mittels Drehgas die Drehzahl des Motors und es Rotors so ein, dass 75% der nominalen Drehzahl erreicht werden. Der Zündschlüssel steht auf “both” – es sind also beide Zündkreise aktiv. Wenn die Drehzahl dann manuell auf 75% eingestellt ist, wird ein Zündkreis abgeschaltet – indem der Zündschlüssel etwa auf “R” gestellt wird. Ein gewisser Abfall der Drehzahl ist zu erwarten, da wir ja nur noch einen statt zwei Zündpunkte haben und das die Verbrennung etwas weniger optimal vonstatten gehen lässt. Innerhalb von zwei Sekunden darf nun die Drehzahl um maximal 7% fallen – also auf 68%. So wird durch Einstellen des Zündschlüssels auf abwechselnd “R” und “L” jeweils ein Zündkreis abgeschaltet, um zu sehen, wie der andere denn alleine die Drehzahl hält. Nun fordern wir ja am Boden stehend mit 75% Drehzahl keine große Leistung vom Motor. Wenn aber selbst in diesem Unterforderungszustand einer von beiden Zündkreisen nun einen Drehzahlabfall von deutlich mehr als 7% innerhalb von 2 Sekunden zeigt, dann gilt dieser Check als nicht bestanden und die Zündung muss überprüft werden. Es ist eine eindeutige Entscheidung, wenn die Drehzahl mehr als 7% abfällt oder der Motor möglicherweise gleich ganz ausgehen möchte. Dann weiss der Pilot sicher, dass etwas nicht stimmt. Knapp unter 7% sind in Ordnung – ich persönlich behalte das aber verstärkt im Auge.
Ein Teil der R44-Instrumententafel mit der Drehzahlanzeige oben rechts
So begab es sich auch an einem wunderschönen Rundflugtag morgens um 10 Uhr. Alles war geplant und vorbereitet, das Wetter war super, die Passagiere gut gelaunt und es versprach ein herrlicher Flugtag mit vielen tollen Eindrücken und grinsenden Gesichtern zu werden. Dann irgendwann kam der Magnetcheck. Bei der Zündschlüssel-Schalterstellug “L” sackte die Drehzahl deutlich fast im gleichen Augenblick um 10% auf 65% ab. Mit weiterem kontinuierlichen langsamen Abfall auf 55%. Die Drehzahl war dort zwar stabil auf 55% aber dies entspricht nicht dem, was erforderlich ist. Der Check wurde einige Male wiederholt. Da nun der Drehzahlabfall reproduzierbar deutlich höher ausfiel als erwartet, stand fest, dass etwas mit der Zündung auf dem entsprechenden Zündkreis nicht stimmt. Natürlich hat sich nach zuschalten des anderen Zündkreises die Drehzahl wieder erholt. Selbst wenn der eine Zündkreis einen Defekt hat – der andere intakte Zündkreis lief doch problemlos. Also warum dann die Flüge absagen? Zunächst ist es mal Vorschrift. Punkt. Selbst wenn es diese Vorschrift nicht gäbe, würden folgende Überlegungen zum gleichen Ergebnis kommen: Wir gehen grundsätzlich vom schlimmsten Fall aus. Angenommen, wir fliegen trotzdem los mit dem linken Zündkreis nicht wirklich auf voller Leistung und dem rechten völlig intakt. Nach einer Stunde Flug oder weniger könnte der rechte vorher noch intakte Zündkreis ebenfalls einen Defekt bekommen und komplett ausfallen. Der linke Zündkreis kann aber alleine die zum Flug nötige Drehzahl nicht halten. Der Pilot müsste dann den vollbesetzten Hubschrauber mit wenig zur Verfügung stehender Leistung auf einer Wiese landen. Eine solche Situation trainieren Berufspiloten zwar regelmässig und würde wohl auch gut ablaufen. Trotzdem ist es eine unerwünschte potentiell gefährliche Situation, die unbedingt zu vermeiden ist.
Heute weder Rundflüge noch sonst irgendwas
Also haben wir alle für diesen Tag geplanten Flüge abgesagt, was natürlich unterschiedliche Reaktionen hervorgerufen hat. Einige Kunden waren verständlicherweise etwas enttäuscht und einer sogar wütend. “Jetzt muss ich extra nochmal an einem anderen Tag von München nach Jesenwang fahren!” Das ist aber eher die grosse Ausnahme. Die meisten Kunden zeigten aber Verständnis und andere waren sogar sehr froh, dass wir so gewissenhaft arbeiten und gut auf sie aufpassen. Hier ist jetzt der Spruch passend, den ich in solchen Fällen gerne zu meinen Kunden sage: “Besser unten stehen und nach oben wollen, als umgekehrt.”
