Inleiding
Mijn ervaringen met glazen cilinders en grafiet zuigers bij verbrandingsmotortjes (zie o.a. 1-Cylinder 4-takt, de 2-Cilinder 4-takt en de Hybride 2- 4-takt) hebben mij op het idee gebracht om ook een vlamhapper te ontwerpen met een glazen cilinder. Niet alleen omdat het wel uniek en spannend is vanwege de inkijk in de cilinder, maar vooral ook om voor eens en voor altijd af te rekenen met het eeuwige euvel van alle vlamhappers, namelijk het corroderen van de cilinder en de zuiger door de hete en natte vlamgassen die naar binnen gezogen worden. Daardoor ontstaan er na korte tijd dusdanige hoge wrijvingen tussen de zuiger en de cilinder dat de motor geleidelijk aan langzamer gaat lopen en tenslotte gewoon stopt. Het voortdurend ontmantelen en schoonmaken is dan ook eigen aan vrijwel alle vlamhappers.
Glas en ook grafiet corroderen niet onder deze omstandigheden en de zelf smerende grafiet zuiger blijft vrijwel wrijvingsloos lopen in een glazen cilinder zonder enige smering als die daarin mooi passend is gemaakt. En ook deze zelfsmerende eigenschap van grafiet is een belangrijk voordeel omdat smeren met welke olie dan ook niet mogelijk is bij vlamhappers omdat olie snel verbrandt en dan residuen achterlaat tegen de cilinderwand en de zuiger die fatale wrijvingen veroorzaken.
De onderstaande CAD figuur toont het ontwerp van deze vlamhapper:

 

Nadere toelichtingen op dit ontwerp


Dit ontwerp is afgeleid van 1-cilinder vlamhapper met een inwendige schuif zoals die ik eerder maakte; zie voor de principewerking en de speciale eigenschappen daarvan de betreffende pagina.

Behalve dat ik hier dus de cilinder van glas heb gemaakt is ook de aansturing van de inwendige schuif geheel anders. In die grafiet schuif zit een een kleine Neodymium magneet. Zo'n zelfde magneet is op een tuimelaar gemonteerd die door een pennetje aan het vliegwiel wordt bediend en wel zodanig dat beide magneten recht tegenover elkaar komen te staan als de zuiger in zijn achterste stand is aangekomen. De onderlinge veldrichting van de magneten is zodanig gekozen dat ze elkaar afstoten waardoor de schuif over het vlamgat wordt geduwd in die onderste positie van de zuiger waardoor de hete vlamgassen in de cilinder worden opgesloten. Op dat moment gaat het pennetje op het vliegwiel de tuimelaar voorbij waardoor de magneet weer terug valt in zijn onderste stand. Het precies afstellen van deze beweging is simpel een kwestie van het op de juiste plaats vastzetten van het vliegwiel op de krukas.
Omdat de opgesloten vlamgassen afkoelen ontstaat er een onderdruk in de cilinder waardoor de buitenlucht de zuiger terug duwt in de richting van het vlamgat dat door de schuif gesloten blijft zolang er onderdruk bestaat in de cilinder. Als de afgekoelde vlamgassen door de zuigerverplaatsing weer tot atmosferische druk zijn samengedrukt (hetgeen al gebeurt iets voordat de zuiger het vlamgat heeft bereikt) zal de schuif automatisch van het vlamgat worden weggedrukt zodat er geen afremmende overdruk in de cilinder kan ontstaan; de schuif fungeert aldus ook als overdruk ventiel. Als de zuiger doorloopt als gevolg van het vliegwiel effect duwt een nok op de zuiger de schuif verder over het vlamgat zodat dat die geheel geopend wordt. De schuif wordt dan opgevangen tegen een instelbare aanslag om te voorkomen dat die uit de cilinder vliegt. De zuiger loopt daarna weer terug door het vliegwiel effect waardoor de vlamgassen in de cilinder worden gezogen door het vlamgat totdat de schuif door de magneten weer over het vlamgat is geduwd, waarna het proces zich herhaalt.

 

De Uitwerking van het concept.

1.De glazen cilinder



Zoals ik deed bij sommige van mijn verbrandingsmotortjes heb ik de cilinder uit een glazen injectiespuit gezaagd van het type "Fortuna Optima 20ml"; fabricaat Poulten&Graf, Duitsland, zie foto boven. De tolerantie van de binnendiameter daarvan is extreem klein (+/- 0,01mm !) hetgeen nodig is om een vrijwel lekvrije grafiet zuiger daarin te kunnen maken. Het glas is ook zeer goed hittebestendig zodat het niet springt door de verhitting van de spiritusvlam voor het vlamgat.
Ik kon bij toeval wat van die glazen injectiespuiten bemachtigen via een goede collega model bouwer zodat ik zelf er tot op heden nog geen gekocht heb bij een leverancier waarvan ik er hieronder een paar noem:

Poulten&Graf GmbH met vestigingen in Duitsland en Engeland; zie
https://shop.poulten-graf.de/Spritzen/Ganzglas-Spritzen/
Art. nr. 710241; 8.47 Euro excl BTW

Sigma Aldrich
20ml Z314366-10EA
glass Luer style; 10.50 Euro
http://www.sigmaaldrich.com/technical-service-home/product-catalog.html

In Belgie:
www.fiers.be
Art. nr: C681.1

Dit glas heeft een binnendiameter van 19,60 mm met een tolerantie van 0.01mm of nog kleiner; de wanddikte is 2mm. Een beetje jammer is dat ik de bedrukking op het glas met geen geweld kan verwijderen; vermoedelijk is het stevig ingeëst. Maar echt storend is dit nu ook weer niet.

Het doorzagen van de cilinder en het vlamgat erin maken.

Het mooi haaks doorzagen en vooral het maken van het vlamgat in de cilinderwand is wel een speciaal kunstje. Mede door de relatief dikke wand gaat dit eigenlijk alleen goed met een diamant slijpschijfje in bv. een Dremel slijptol. Ikzelf maakte voor dit soort werk een speciale doch eenvoudige opstelling waarmee dit allemaal prima gaat; zie hiervoor de betreffende pagina op deze website.
Enigszins tot mijn prettige verrassing blijkt de mechanische sterkte van het glas ter plekke van het vlamgat niet te worden aangetast door het slijpwerk. Belangrijker in dit geval was dat het ook letterlijk en figuurlijk geen krimp geeft als ik het vlamgat verhit met een spiritus vlam en dit was natuurlijk een randvoorwaarde voor het toepassen van een glazen cilinder voor een vlamhapper. Kennelijk is dit glas dus ook erg hitte bestendig.

Het bevestigen van de cilinder in de steun.
De cilinder is in de messing steun gelijmd, waarbij ik als volgt te werk ging:
- Globaal vastlijmen met enkele dotjes sanitair siliconen kit in het ca 0,5mm overmaatse gat in de steun en daarbij de cilinder met wat blokjes links en rechts ondersteunend. Omdat deze kit maar langzaam doorhardt is er tijd genoeg om de cilinder op de juiste plaats en mooi haaks in de steun te positioneren.
- Na enkele uren is de kit dusdanig hard geworden dat de cilinder er voldoende stevig in zit om de resterende en nauwe ruimtes tussen de cilinder en het gat in de steun op te vullen met een weinig Loctite 603. Een etmaal later is er aldus een zeer sterke verbinding ontstaan. De enige kracht die op deze verbinding wordt uitgeoefend wordt veroorzaakt door de wrijving tussen de grafiet zuiger en het glas en die is zoals gezegd minimaal. Er bestaat daarom hoegenaamd geen kans dat deze lijmverbinding het zal begeven als de motor loopt.


2. Het Magneetsysteem.

De magneten en de temperatuur daarvan.
Zowel in de grafiet schuif als in de kop van de tuimelaar heb ik een Neodymium magneetje gelijmd met Loctite 603. Deze magneetjes met diameter en breedte van 6mm zijn voor een paar dubbeltjes te koop bij o.a:
Supermagnete.nl
Boven ca 80 graden Celsius gaat het magnetisme hiervan geheel of gedeeltelijk verloren en dat bleek na enige tijd min of meer te gebeuren als ik de vlamhapper liet lopen. Grafiet heeft een redelijk grote thermische geleiding (160 W/mK) en kennelijk werd die 80 graden net overschreden. Ik heb daarom de kop van een kleine glazen reageerbuis afgezaagd en dat in de grafiet schuif gelijmd en daarin weer de magneet, zie de foto rechts op deze pagina. Omdat glas de warmte zeer slecht geleidt (0,9 W/mK) bleef de temperatuur van de magneet nu wel beneden die 80 graden zodat dat probleem was opgelost.

 

Het resultaat.
Gedurende de eerste 15 seconden treedt er wat condens op van vlamgas water in de cilinder zoals dat ook goed te zien is door de glazen cilinder. Maar als die condens door de temperatuurverhoging verdwenen is loopt de motor 100% betrouwbaar met een zeer constant en "deftig" toerental van ca 250 omwentelingen per minuut. Dit toerental wordt vermoedelijk voornamelijk bepaald door de diverse massa traagheden in het systeem.
De bewegingen van de zuiger en de schuif zijn vanzelfsprekend goed waarneembaar door de transparante cilinder hetgeen niet alleen fraai is, maar ook handig bij het (eenmalig) afstellen van de timing.
Daarmee heb ik dus mijn voornaamste doelstelling bereikt, namelijk dat ieder onderhoud in de vorm van regelmatig schoonmaken geheel van de baan is; een unieke eigenschap voor een vlamhapper waar geen van mijn vorige modellen aan voldoet.

Tenslotte
Ik heb van deze vlamhapper weer een CAD tekening pakket gemaakt dat beschikbaar is voor iedere geinteresseerde; klik hier voor een aanvraag.
Het ontwerp is feitelijk erg simpel maar het verkrijgen van wat speciaal materiaal zoals het glas van de "Fortuna Optima" injectie spuit en het grafiet blijkt nogal eens een obstakel te zijn voor de meeste modelbouwers. De relatief goedkope Neodymium magneetjes zijn gemakkelijk en overal verkrijgbaar, dus dat zal minder problemen opleveren.
Ook het afzagen van het glas op de juiste lengte en het maken van het vlamgat daarin is ook niet echt alledaags werk. Op zichzelf niet zo moeilijk, maar ik moest daar zelf wel een speciale opstelling voor maken die overigens zijn diensten meer dan bewijst voor het bewerken van glas.
Eerlijk gezegd heeft het dus alleen maar zin om de tekeningen voor deze vlamhapper aan te vragen als men aan de genoemde materialen kan komen en men het vlamgat in de glazen cilinder kan maken.

 

Een schitterende replica gemaakt door
Tiny van den Boom:

Mooie replica van Antonio Fattore: