Ich habe mir eine Weile ĂŒberlegt, ob dieses Thema ĂŒberhaupt fĂŒr einen Blogbeitrag geeignet ist. Wir möchten ja primĂ€r 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 gegenĂŒber transparent sein und auch Wissen vermitteln, was alles zum Helifliegen einfach zwingend notwendig ist und getan werden muss, bevor der Flug ĂŒberhaupt durchgefĂŒhrt werden kann. Hierzu wird es einen separaten Beitrag geben, der sich mit den verschiedenen Elementen der doch sehr aufwĂ€ndigen Flugvorbereitung beschĂ€ftigt. Insgesamt denke ich also, dass ein Blogbeitrag darĂŒber, was wir Piloten alles prĂŒfen wollen und mĂŒssen, um Fehler zu entdecken und wie wir dann damit umgehen, das Vertrauen eher steigen lĂ€sst. Nun zur Geschichte, die ich eigentlich erzĂ€hlen möchte.

Vor einigen Wochen mussten wir den laufenden Hubschrauber wenige Momente vor dem Abheben leider wieder abstellen, die enttĂ€uschten Passagiere aussteigen lassen und diesen Flug sowie alle weiteren FlĂŒge 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 FluggĂ€ste wieder nach Hause zu schicken und einen neuen Termin zu vereinbaren, nachdem der Fehler durch zertifiziertes Fachpersonal analysiert, gefunden und natĂŒrlich auch beseitigt wurde.  Und was zum Teufel ist nun dieser Magnetcheck? Dazu mĂŒssen wir etwas ausholen, weil der Magnet mit der ZĂŒndung zu tun hat, die in einem 4-Takt Ottomotor des Hubschraubers verwendet wird.

Der Verbrennungsmotor

Um das auch fundiert zu verstehen, mĂŒssen 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 erklĂ€ren. 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 BehĂ€ltnis gebracht, komprimiert, angezĂŒndet und dadurch zum Explodieren gebracht. Die Wucht dieser Explosion wird genutzt, um im Ergebnis ĂŒber mehrere Hebel und Wellen die RĂ€der des Autos oder bei uns den Hauptrotor des Hubschraubers zum Drehen zu bringen. Warum heisst dieser Motor nun 4-Takt? Weil es vier verschiedene VorgĂ€nge sind, die da nacheinander passieren und die jetzt kurz erklĂ€rt werden. Vier sind sind nicht allzu viel – also bleiben Sie dran und lesen Sie weiter.

1.Takt: Einlass des Benzin-Luft-Gemisches
ZunĂ€chst wird der Raum, in welchem die Verbrennung erfolgt, mit einem brennfĂ€higen Gemisch aus Benzin und Luft gefĂŒllt. 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-RĂ€umen. Bei einigen Motoren wird das flĂŒssige Benzin zunĂ€chst im Vergaser vom flĂŒssigen in den gasförmigen Zustand gebracht, weil es gasförmig besser brennt. Daher der Name “Vergaser”. Andere Motoren spritzen das Benzin direkt in den Zylinder, der SprĂŒhnebel verdunstet und bildet dann im Zylinder im Ergebnis ebenso das brennfĂ€hige Gasgemisch.

2.Takt: Verdichtung
Der Zylinder wird dann verschlossen, damit die spĂ€tere Wucht der Explosion nicht irgendwohin verpufft, wo sie uns nichts nĂŒtzt. Dazu wird das Rohr, durch das der Zylinder mit Luft und Benzingas gefĂŒllt wird durch ein Ventil verschlossen. Weil durch dieses Ventil der Zylinder gefĂŒllt 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 drĂŒcken eine Luftpumpe zusammen und halten das Ventil mit dem Daumen zu. Wie bei einer solchen zugehaltenen Luftpumpe, wird ein Kolben in den Zylinder gedrĂŒckt, der den Druck auf das Gas erhöht.

hubschrauber 4-takt ottomotor erklaert

Die 4 Takte eines regulÀren Benzin-Ottomotors
(Quelle: kidsdiscover.com)

3.Takt: ZĂŒndung
Jetzt ist das Gemisch reif fĂŒr die Explosion. Am oberen Ende des Zylinders befindet sich eine ZĂŒndkerze, die im richtigen Moment mit einem Funken das Gas entzĂŒndet. Um diesen Funken zu erzeugen, benötigt sie eine gewisse Menge an Strom. Im Grunde genommen ist dies vergleichbar mit einem Blitz: Durch genĂŒgend starke elektrische Aufladung erzeugen wir im richtigen Moment eine plötzliche Entladung. Durch die Explosion wird der Kolben im Bild wieder nach unten gedrĂŒckt und diese Bewegung wird ĂŒber diverse mechanische Elemente wie Stangen und Wellen in eine sich drehende Welle ĂŒbersetzt. Diese Drehung wird dann am Ende auf die RĂ€der des Autos oder den Hauptrotor des Hubschraubers ĂŒbertragen.

4. Takt: Ausstoss
Im Zylinder befindet sich nun fast kein Druck mehr, dafĂŒr aber viel heisses Abgas. Das Auslassventil öffnet sich und wĂ€hrend der Kolben sich wieder nach oben bewegt, drĂŒckt 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 fĂŒllen. Es folgt der 1. Takt.

hubschrauber 4-takt ottomotor animation zylinder

Der laufende Benzin-Ottomotor
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Ottomotor

Der Hubraum

Eine Kennzahl fĂŒr die Grösse des Motors ist der Hubraum. Das ist das Volumen, welches der Kolben vom untersten bis zum obersten Punkt verdrĂ€ngt. Je mehr Gas zur ZĂŒndung gebracht werden kann, desto mehr Leistung hat der Motor normalerweise. Der Zylinder beziehungsweise der ganze Motor könnte also einfach grĂ¶ĂŸer 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 fĂŒr 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 MilchtĂŒte verbrannt. Und da auf der Strasse gerne mal wie im Rennsport auch die StĂ€rke der Motoren verglichen wird erklĂ€rt sich nun folgender Kalauer: “Was ist besser als viel Hubraum? Noch mehr Hubraum!”

Die ZĂŒndung

Die ZĂŒndkerze benötigt zur Erzeugung des ZĂŒndfunkens Strom. Ein ZĂŒndfunke springt aber erst bei recht hoher Spannung ĂŒber. Dieser Strom kommt aus der Batterie (mit relativ geringer Spannung) und wird dann beim Auto ĂŒber eine ZĂŒndspule auf hohe Spannung gebracht. Über einen Verteiler wird dann jede ZĂŒndkerze zum richtigen Zeitpunkt mit Strom versorgt. Wenn nun Batterie oder ZĂŒndspule versagen, wird keine der ZĂŒndkerzen mehr mit Strom versorgt. Beim Auto ist das alles wenig lebensbedrohlich – man fĂ€hrt 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 Ă€lteren, aber trotzdem zuverlĂ€ssigeren ZĂŒndtechnik geblieben: Der MagnetzĂŒndung.

Schon mal geblitzt worden?

Um MagnetzĂŒndung zu verstehen, zunĂ€chst 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 BĂŒschen, Schildern oder Leitplanken verstecken. Diese mobilen RadargerĂ€te sind auch sehr fehleranfĂ€llig und mĂŒssen 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 MagnetzĂŒndung. Ihr Auto ist aus Metall und bewegt sich ĂŒber eine Schlaufe aus Metallkabel. Wenn sich ein idealerweise noch magnetischer Metallgegenstand ĂŒber 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 StĂŒck magnetisches Metall (also einen Magneten), stĂ€ndig ĂŒber mehrere Kabelspulen kreisen lassen, erhalten wir einen Strom. Dieser Strom wird nach einigen weiteren Schritten genutzt, um zum richtigen Zeitpunkt die richtigen ZĂŒndkerzen zu zĂŒnden. Dieser Magnet ist direkt am Motor befestigt und wird direkt von diesem gedreht. Das hat zur Folge, dass der Motor –  solange er lĂ€uft – den Magneten mitdreht und dieser dadurch den nötigen Strom fĂŒr die ZĂŒndkerzen erzeugt. Es gibt also keine AbhĂ€ngigkeit von einer Batterie, einer ZĂŒndspule oder einem Stromgenerator. Solange der Motor lĂ€uft, erzeugt er durch den Magneten auch selbst genĂŒgend Strom fĂŒr die eigenen ZĂŒndkerzen, um weiterlaufen zu können. “Na gut”, könnten Sie jetzt sagen, “aber was ist, wenn der Magnet ausfĂ€llt?”. Gut mitgedacht – deshalb haben wir zwei unabhĂ€ngige Magneten mit jeweils eigenen ZĂŒndkreisen.

Die MagnetzĂŒndung 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 luftgekĂŒhlten Boxermotor mit sechs Zylindern und insgesamt 9 Litern Hubraum. Die Amerikaner kennen dabei die europĂ€ischen 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 ZĂŒndmagnete angebracht, von denen jeder unabhĂ€ngig voneinander genĂŒgend Strom fĂŒr den jeweiligen ZĂŒndkreis liefert. Aufgrund der Bauart des Motors ist ein Magnet links und ein Magnet rechts angebracht. Praktischerweise heissen dann auch die ZĂŒndkreise “links” und “rechts”. Sie können im nĂ€chsten Bild neben dem ZĂŒndschlĂŒssel zusĂ€tzlich zu “both” fĂŒr “beide” ein “R” und ein “L” entdecken. Der Pilot kann also mit dem ZĂŒndschlĂŒssel nur den rechten, nur den linken oder beide gleichzeitig einschalten.

hubschrauber zuendung schluessel magnet rechts links

ZĂŒndschlĂŒssel-Positionen bei der R44

Das bedeutet insgesamt, dass wir in der R44 sechs Zylinder haben und jeder dieser Zylinder hat zwei ZĂŒndkerzen. Insgesamt hat der Motor also zwölf ZĂŒndkerzen. Jeweils eine gehört zum linken, die andere zum rechten ZĂŒndkreis. Die ZĂŒndkreise werden durch je einen eigenen Magneten separat mit Strom versorgt. FĂ€llt also beispielsweise eine ZĂŒndkerze in einem Zylinder aus, ist in diesem einen Zylinder immer noch die ZĂŒndkerze des anderen ZĂŒndkreises aktiv. FĂ€llt im Flug ein kompletter Magnet aus, ist immer noch der andere ZĂŒndkreis aktiv. Die Verbrennung ist zwar besser, wenn es pro Zylinder zwei ZĂŒndpunkte gibt, jedoch dĂŒrfte der Leistungsverlust nicht bedeutend sein. Wir können uns also auch mit nur einem funktionierendem ZĂŒndkreis in der Luft halten. Wir fliegen also immer mit zwei ZĂŒndkreisen, haben den SchlĂŒssel also wĂ€hrend des Fluges immer auf der Position “both” fĂŒr beide Magneten. Nun könnten Sie fragen, warum denn da auch Positionen fĂŒr nur links und nur rechts möglich sind. Endlich kommen wir nach langer ErklĂ€rung zum mysteriösen Magnetcheck.

Der Magnetcheck

Die ÜberprĂŒfung der ZĂŒndmagneten ist einer der letzten Checks bevor es losgehen kann. Dieser Check ist genau definiert. Der Pilot stellt zunĂ€chst die Drehzahl manuell auf einen bestimmten Wert ein. Die Drehzahl von Motor und Rotor wird in einem eigenen Instrument in der Instrumententafel angezeigt. Im nĂ€chsten Bild ist es das Instrument ganz oben rechts. Hier befinden sich zwei Zeiger – einer links und einer rechts. Der Linke hat die Bezeichnung “E” fĂŒr Engine (Motor) und der rechte die Bezeichnung “R” fĂŒr Rotor. Als Pilot sehen wir also hier stets,  ob sich Motor- und Rotor-Drehzahl in dem gewĂŒnschten grĂŒnen Bereich bewegen. Im Normalzustand wĂ€hrend 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 ZĂŒndschlĂŒssel steht auf “both” – es sind also beide ZĂŒndkreise aktiv. Wenn die Drehzahl dann manuell auf 75% eingestellt ist, wird ein ZĂŒndkreis abgeschaltet – indem der ZĂŒndschlĂŒssel etwa auf “R” gestellt wird. Ein gewisser Abfall der Drehzahl ist zu erwarten, da wir ja nur noch einen statt zwei ZĂŒndpunkte haben und das die Verbrennung etwas weniger optimal vonstatten gehen lĂ€sst. Innerhalb von zwei Sekunden darf nun die Drehzahl um maximal 7% fallen – also auf 68%. So wird durch Einstellen des ZĂŒndschlĂŒssels auf abwechselnd “R” und “L” jeweils ein ZĂŒndkreis abgeschaltet, um zu sehen, wie der andere denn alleine die Drehzahl hĂ€lt. Nun fordern wir ja am Boden stehend mit 75% Drehzahl keine große Leistung vom Motor. Wenn aber selbst in diesem Unterforderungszustand einer von beiden ZĂŒndkreisen nun einen Drehzahlabfall von deutlich mehr als 7% innerhalb von 2 Sekunden zeigt, dann gilt dieser Check als nicht bestanden und die ZĂŒndung muss ĂŒberprĂŒft werden. Es ist eine eindeutige Entscheidung, wenn die Drehzahl mehr als 7% abfĂ€llt 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 verstĂ€rkt im Auge.

hubschrauber r44 instrument panel

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 EindrĂŒcken und grinsenden Gesichtern zu werden. Dann irgendwann kam der Magnetcheck. Bei der ZĂŒndschlĂŒssel-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 ZĂŒndung auf dem entsprechenden ZĂŒndkreis nicht stimmt. NatĂŒrlich hat sich nach zuschalten des anderen ZĂŒndkreises die Drehzahl wieder erholt. Selbst wenn der eine ZĂŒndkreis einen Defekt hat – der andere intakte ZĂŒndkreis lief doch problemlos. Also warum dann die FlĂŒge absagen? ZunĂ€chst ist es mal Vorschrift. Punkt. Selbst wenn es diese Vorschrift nicht gĂ€be, wĂŒrden folgende Überlegungen zum gleichen Ergebnis kommen: Wir gehen grundsĂ€tzlich vom schlimmsten Fall aus. Angenommen, wir fliegen trotzdem los mit dem linken ZĂŒndkreis nicht wirklich auf voller Leistung und dem rechten völlig intakt. Nach einer Stunde Flug oder weniger könnte der rechte vorher noch intakte ZĂŒndkreis ebenfalls einen Defekt bekommen und komplett ausfallen. Der linke ZĂŒndkreis kann aber alleine die zum Flug nötige Drehzahl nicht halten. Der Pilot mĂŒsste dann den vollbesetzten Hubschrauber mit wenig zur VerfĂŒgung stehender Leistung auf einer Wiese landen. Eine solche Situation trainieren Berufspiloten zwar regelmĂ€ssig und wĂŒrde wohl auch gut ablaufen. Trotzdem ist es eine unerwĂŒnschte potentiell gefĂ€hrliche Situation, die unbedingt zu vermeiden ist.

Heute weder RundflĂŒge noch sonst irgendwas

Also haben wir alle fĂŒr diesen Tag geplanten FlĂŒge abgesagt, was natĂŒrlich unterschiedliche Reaktionen hervorgerufen hat. Einige Kunden waren verstĂ€ndlicherweise etwas enttĂ€uscht und einer sogar wĂŒtend. “Jetzt muss ich extra nochmal an einem anderen Tag von MĂŒnchen nach Jesenwang fahren!” Das ist aber eher die grosse Ausnahme. Die meisten Kunden zeigten aber VerstĂ€ndnis 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 FĂ€llen gerne zu meinen Kunden sage: “Besser unten stehen und nach oben wollen, als umgekehrt.”