Inleiding.
Ik heb de afgelopen jaren diverse vlamhappers ontworpen en gemaakt, zie daarvoor het betreffende overzicht.
Het zijn zeker aantrekkelijke modellen voor modelbouwers, omdat ze relatief eenvoudig te maken zijn met weinig en goed maakbare onderdelen.
Vlamhappers lijden echter vrijwel
zonder uitzondering aan één gezamenlijk euvel, namelijk inwendige corrosie (roest) die veroorzaakt wordt door de hete en vochtige vlamgassen die bij elke cyclus in de cilinder gezogen worden. Het gevolg daarvan is een toenemende wrijving tussen de zuiger en de cilinderwand waardoor de motor geleidelijk aan langzamer gaat lopen en tenslotte zelfs niet meer wil opstarten.
Een beetje afhankelijk van de metaalsoorten die voor de cilinder en zuiger worden toegepast moet die corrosie aanslag op de zuiger en op de cilinderwand meer of minder vaak worden verwijderd waarvoor de motor dan gedeeltelijk moet worden ontmanteld.
Behalve dat dit hinderlijk is lijdt het soms zelfs tot een ontoelaatbare speling van de zuiger in de cilinder door het steeds weghalen van de corrosielaag. Met name kleine vlamhappers hebben een naar verhouding relatief laag vermogen waardoor deze corrosie relatief snel tot problemen leidt.
Ik wilde voor eens en voor altijd met dit probleem afrekenen waarbij ik mij realiseerde dat dit eigenlijk alleen mogelijk was door materialen te gebruiken voor de zuiger en de cilinder die onder deze omstandigheden in het geheel niet corroderen. Gesteund door mijn goede 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) vatte ik het plan op om een vlamhapper te ontwerpen met een glazen cilinder met daarin een zuiger en een inwendige schuif van grafiet. Glas en ook grafiet corroderen niet onder deze omstandigheden en de zelf smerende zuiger van grafiet blijft vrijwel wrijvingsloos lopen in een super gladde glazen cilinder zonder enige smering als die daarin mooi passend is gemaakt. Deze zelfsmerende eigenschap van grafiet is ook een belangrijk voordeel omdat smeren met welke olie dan ook niet mogelijk is bij vlamhappers omdat olie in de cilinder snel verbrandt en dan residuen achterlaat tegen de cilinderwand en de zuiger die fatale wrijvingen veroorzaken.

Het Ontwerp
Alle vlamhappers hebben een opening in de cilinderwand waardoor de hete vlamgassen van een alcoholbrander naar binnen worden gezogen. Dit vlamgat moet op de juiste momenten in het proces worden geopend en weer gesloten en dat gebeurt vrijwel altijd door een uitwendige vlakke schuif die tegen dit vlamgat op en neer beweegt. Omdat een glazen cilinder een rond oppervlak heeft is zo'n constuctie met een vlakke schuif niet mogelijk. Ik heb echter eerder een vlamhapper gemaakt met een inwendige schuif waarbij het vlamgat aan de binnenkant van de cilinder wordt afgesloten, zie hiervoor de betreffende pagina.
De schuif is hier in feite een tweede zuiger die over het vlamgat heen en weer beweegt door middel van een stoter die door de arbeidzuiger bedient wordt. Zie voor een animatie van dit proces rechts bovenaan deze pagina.

Dit ontwerp maakt het dus wel degelijk mogelijk om een vlamhapper met glazen cilinder te maken. Onderstaande CAD figuren illustreren dit uniek model:

 

 

De uitwerking van het concept.

1.De glazen cilinder
Zoals ik eerder 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 onderstaande foto:

De tolerantie van de binnendiameter daarvan is extreem klein (+/- 0,01mm !) hetgeen nodig is om daarin een vrijwel lekvrije grafiet zuiger en schuif te kunnen maken.
Ik kon bij toeval wat van die glazen injectiespuiten bemachtigen via een goede collega modelbouwer zodat ik zelf er tot op heden nog geen gekocht heb bij een leverancier. Voor het vinden van leveranciers op internet type "Fortuna Optima injectiespuit 20ml" of "Fortuna Optima syringe 20ml" op de Google zoekmachine. Enkele voorbeelden:

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

Fiers, Belgie:
https://www.fiers.be/nl/producten/laboratoriumbenodigdheden/pompen-pipetten-monstername/spuiten-en-toebehoren/glazen-spuiten-met-glazen-conus-en-luer-aansluiting
Artikel 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.

2. 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 dit boraatsilicaat glas ter plekke van het vlamgat niet te worden aangetast door het slijpwerk. Belangrijker in dit geval was ook dat het letterlijk en figuurlijk geen krimp geeft als ik de omgeving van het vlamgat verhit met een spiritus vlam en dit was natuurlijk een randvoorwaarde voor het toepassen van een glazen cilinder voor een vlamhapper.

3. De cilinder ophanging.
De cilinder bevindt zich tussen twee aluminium steunen en is slechts in
één daarvan gelijmd met 2-componenten harskit en wel aan de zijde die niet verwarmd wordt door de spiritus vlam. De kamer in de andere steun heeft een ietwat grotere diameter dan die van de glazen cilinder om te voorkomen dat de cilinder onder spanning komt te staan als de twee steunen niet exact zouden zijn uitgelijnd op de montageplaat.
De enige kracht die op de lijmverbinding wordt uitgeoefend wordt aldus veroorzaakt door de wrijving tussen de grafiet zuiger en het glas, maar die is verwaarloosbaar klein. Er bestaat daarom hoegenaamd geen kans dat deze lijmverbinding het zal begeven als de motor loopt.

4. Het stoter mechanisme.

De stoter is een stalen 3mm asje dat in twee bronzen busjes in de twee aluminium cilindersteunen kan glijden. Aan de ene kant is een meenemer voor de schuif gesoldeerd en aan de andere kant is een aanslag die op het asje is vastgeschroefd. Als de zuiger zich naar achter beweegt stoot die deze aanslag aan, vlak voordat de zuiger in de achterste stand gearriveerd is waardoor de schuif over het vlamgat vlamgat wordt geduwd. Op dat moment zijn de vlamgassen opgesloten in de cilinder en koelen af tegen de wand daarvan, waardoor er een onderdruk ontstaat in de cilinder. De overdruk van de buitenlucht drijft de zuiger dan weer de andere kant op hetgeen de motorarbeid oplevert.
Iets voordat de zuiger het vlamgat bereikt zijn de opgesloten vlamgassen weer tot atmosferische druk samengedrukt waardoor de schuif net zover over het vlamgat wordt gedrukt dat de vlamgassen kunnen ontsnappen. Deze constructie zorgt er dus automatisch voor dat er geen tegenwerkende overdruk in de cilinder kan ontstaan. Als de zuiger zich verder in de richting van het vlamgat beweegt duwt die de schuif helemaal tot in zijn uiterste stand, waardoor het vlamgat weer geheel geopend wordt en het proces zich herhaalt vanwege het vliegwiel effect. Onderstaande animatie illustreert dit uniek proces:

 

Resultaat
Deze vlamhapper start onmiddellijk op na een lichte zet aan het vliegwiel. Gedurende de eerst minuut is er wat watercondens in de cilinder zichtbaar, maar die verdwijnt zodra de cilinder wat is opgewarmd. Daarna loopt de motor feilloos met een deftig tempo van 400 tot 500 toeren per minuut. De snelheid wordt voornamelijk begrenst door het feit dat de zuiger de schuif voortdurend contact met elkaar maken hetgeen duidelijk hoorbaar is met tamelijk prominente tik geluiden. Ik persoonlijk vind dat eigenlijk wel stoer staan voor dit toch wel erg klein model.
Er is geen voorkeur voor de draairichting.

Ik heb ook bereikt wat mij eigenlijk voor ogen stond:
honderd procent betrouwbaarheid, totaal geen corrosie of andere vervuiling in de cilinder of op de zuiger of de schuif en, als gevolg daarvan, geen enkele vorm van onderhoud meer nodig !

Hoewel pure alcohol (96-98 %) wellicht de voorkeur verdient vanwege de wat hetere en schonere vlam loopt deze vlamhapper ook gewoon goed op normale huishoud spiritus, hetgeen ook een voordeel is omdat pure alcohol doorgaans wel wat moeilijker verkrijgbaar is.

Tekening pakket
Ik heb van deze vlamhapper weer een CAD tekeningpakket gemaakt dat gratis verkrijgbaar is voor iedere geinteresseerde, klik hier voor een aanvraag.

 

Proces animatie:

Video: