Introductie
Reeds in 2004 ontwierp ik een "Miniatuur Vlamhapper", maar ik ben daar echter nooit erg tevreden over geweest. Vooral het aandrijfmechanisme voor het schuifje dat het vlamgat in de cilinder moet openen en sluiten was erg complex. Het was behoorlijk lastig om het systeem met een meenemer en twee wat moeilijk te definieren veertjes zodanig af te stellen dat het schuifje goed vlak tegen de cilinderkop aan bleef lopen met een minimale druk om de wrijving zo laag mogelijk te houden. Eenmaal goed afgesteld liep het motortje wel maar het kon zomaar gebeuren dat hij dat een volgende keer weer niet deed; behoorlijk onbetrouwbaar dus.
Het was de belangrijkste reden waarom ik het handgemaakte tekeningpakket van dit motortje nooit naar een CAD versie heb omgezet. Feitelijk had ik liever niet dat een modelbouwer die daar naar vroeg zich aan dit motortje zou wagen.
Dit heeft mij altijd wat dwars gezeten en dus heb ik nu (december 2013) deze mini happer weer eens uit de kast gehaald en het ontwerp tamelijk drastisch veranderd, gebruik makend van ervaringen die ik in de tussenliggende 9 jaar heb opgedaan met veel van mijn andere modellen. Deze MK2 versie is een heel stuk eenvoudiger geworden en mede daardoor veel betrouwbaarder. Behalve het genoemde aandrijfmechanisme heb ik ook nog een aantal andere optimalisaties doorgevoerd en het het geheel nog wat compacter gemaakt.
Goed afgesteld loopt deze MK2 versie als een tierelier en hij blijft dat doen zoals je kunt zien op de YouTube video en rechts boven aan het rechter frame van deze pagina. Dus ben ik nu wel tevreden met het resultaat zodat ik daar nu wel een compleet nieuw CAD tekeningpakket van heb gemaakt dat beschikbaar is voor iedere geinteresseerde.
Het ontwerp
1. Het schuif mechanisme.
De belangrijkste wijziging betreft dus de schuif met de aandrijving daarvan. Zoals op bovenstaande figuren laten zien is de schuif nu eenvoudigweg rond gemaakt met in het midden een kleine blinde boring waarin het omgebogen uiteinde van een spiraalveertje steekt. Deze schuif kan van zilverstaal of van roestvrij staal worden gemaakt. Het afsluitvlak ervan moet mooi vlak worden gedraaid en evt. wat worden gepolijst met fijn polijstlinnen op een glasplaat.
Het veertje zit aan de andere kant op een 3mm asje geklemd dat door een nokschijf op de vliegwiel-as heen en weer wordt bewogen. Om ervoor te zorgen dat het veertje goed op zijn plaats blijft heb ik op dat asje simpelweg wat M3 draad gesneden.
Het asje moet met zo weinig mogelijk wrijving door een glijbusje lopen in het blokje dat tegen de cilinder is geschroefd. Het best kan men een standaard 3mm asje gebruiken omdat die perfect aan de maat en glad zijn. Ook een standaard bronzen busje is aan te raden of een zelf gemaakt grafiet busje. Het veertje tussen het blokje en de nokrol moet er voor zorgen dat de nokrol met minimale druk tegen de nokschijf blijft lopen maar wel zo dat de nokrol niet los komt van de nokschijf.
2. De cilinder en de zuiger.
Van belang is dat de zuiger nauw passend maar met zo laag mogelijke wrijving in de cilinder loopt; de speling mag niet meer bedragen dan 0,03mm.
Om te voorkomen dat de zuiger vast loopt als die warm wordt moet de thermische uitzetting van de zuiger lager zijn dan die van de cilinder of hoogstens daaraan gelijk. Ikzelf heb de cilinder gemaakt van roestvrij staal en de zuiger van perlietisch gietijzer (GG25). Perlietisch gietijzer is enigszins zelf smerend goed te bewerken en zeer slijtvast. Het is wel wat roestgevoelig zodat de zuiger en de cilinder van tijd tot tijd moeten worden schoon gemaakt omdat er wat corrosie optreedt door de hete en vochtige spiritus vlam. De zuiger kan ook van grafiet worden gemaakt dat geen last heeft van corrosie zodat dit schoonmaken dan vrijwel niet meer nodig is. In geval van een grafiet zuiger kan de cilinder zelfs van een goede kwaliteit aluminium gemaakt worden mits men de cilinderboring super glad maakt om slijtage van het grafiet te voorkomen.
3. De spiritusbrander.
Ook de brander heb ik sterk vereenvoudigd. Hij is gemaakt van een metalen buis met een los deksel erop waarin een pijpje is gesoldeerd voor de katoenen lont. De brander zit min of meer klem in de montage plaat en de houten voet en kan eigenlijk alleen nog maar wat gedraaid worden om de beste positie van de vlam t.o.v. het vlamgat in te stellen. Bij voorkeur gebruik ik ethylalcohol 96 - 98% in plaats van spiritus omdat een spiritusvlam minder heet is en meer vervuiling van de zuiger en cilinder veroorzaakt.
De afstellingen
1. Wrijvingen.
Vlamhappers hebben een zeer laag vermogen en zeker dit erg kleine model. Daarom moeten wrijvingen en andere tegenwerkende krachten zo veel mogelijk vermeden worden:
- Het veertje dat in de schuif steekt moet die eigenlijk alleen maar meenemen en daar slechts een minimale druk op uitoefenen zodat de schuif net mooi vlak tegen de cilinder blijft lopen. De schuif wordt automatisch en voldoende tegen de cilinder gedrukt door de druk van de buitenlucht als er onderdruk in de cilinder ontstaat tijdens het afkoelen van de ingezogen vlamgassen. Goed afgesteld zal de schuif zodoende een minimale wrijving veroorzaken.
- Het veertje dat de nokrol tegen de nokschijf drukt moet ook maar net zo veel druk uitoefenen dat het geheel net niet gaat zweven, niet minder maar ook niet meer. Ook dit weer om niet meer tegenwerkende krachten te veroorzaken dan strikt nodig is.
- De zuiger en de cilinderboring moeten droog en vetvrij zijn; nooit olie gebruiken omdat die meteen verbrandt en dan een aanslag veroorzaakt met fatale wrijving als gevolg. Een weinig WD4 kan in sommige gevallen wel eens helpen.
Zoals gezegd zal het nodig zijn de zuiger en cilinder regelmatig schoon te maken, zeker als de motor voor langere tijd wordt opgeslagen waarbij het raadzaam is een weing WD40 op de zuiger te doen.
- Het vliegwiel moet zeer licht draaien op twee kogellagertjes die tevoren vetvrij moeten worden gemaakt door ze te wassen in bv. wasbenzine. Het onbelaste vliegwiel moet minstens 1 minuut rond blijven draaien na een flinke zet daaraan. Daarvoor is het ook belangrijk dat de centers van de kogellagers mooi in lijn liggen.
- De drijfstang voor de zuiger moet goed uitgelijnd zijn zodat die niet gaat wringen op het piston pennetje in de zuiger en/of op het kogellagertje aan de andere kant dat op de krukpen zit.2. De proces afstelling.
Het schuifje moet het vlamgat openen ca 30º vóórdat de zuiger zich het dichtst bij de cilinderkop bevindt, te meten langs de omtrek van het vliegwiel. In die 30º ontsnapt dus het afgekoelde gas uit de cilinder. Het schuifje moet het vlamgat weer afsluiten op het moment dat de zuiger zich op ca 20º van de andere uiterste zijde van de cilinder bevindt. Dit bewegingspatroon wordt volledig bepaald door de contouren van de nokschijf zoals die op de tekening staat en zijn positie ervan t.o.v. van de krukwang. Deze nokschijf is feitelijk het enig lastige onderdeel van deze vlamhapper en het kan zijn dat dit contour met enig "trial and error" moet worden gemaakt totdat het genoemde bewegingspatroon ontstaat.
Het veertje dat in de schuif steekt moet zodanig op het asje worden geklemd dat de schuif het vlamgat net goed afsluit als die in de uiterst linkse positie staat. De schuif zal dan bij een goed gemaakte nokschijf het vlamgat vrijwel geheel openen als die in zijn uiterst rechtse positie is aangekomen.
3. De spiritusvlam.
De grootte van de spiritus vlam en vooral zijn positie t.o.v. het vlamgat zijn doorgaans erg kritisch bij vlamhappers. Voorkomen moet worden dat er behalve vlamgassen ook valse en koude buitenlucht mee naar binnen gezogen wordt. De vlam moet derhalve het vlamgat goed overlappen hetgeen betekent dat de hoogte en de breedte van de vlam ongeveer twee keer zo groot moeten zijn als de afmetingen van het vlamgat.
Erg belangrijk is ook de positie van de vlam t.o.v. het vlamgat. De lont moet wat links staan t.o.v. van het vlamgat zoals dat is te zien op bovenstaande figuren. Omdat de brander wat gedraaid kan worden is daarmee de optimale positie van de vlam met draaiende motor eenvoudig experimenteel te bepalen.
Het gebruik van pure industriele ethylalcohol (96 -98%) heeft voordelen boven spiritus. Huishoud spiritus bevat behalve kleurstof en methylalcohol ook nog ca 10% water. De vlam van ethylalcohol is heter, reukloos en veroorzaakt ook minder residuen dan een spiritus vlam, die na afkoelen tamelijk snel een aanslag op zuiger en cilinderwand zal veroorzaken. Desondanks blijft het ook met ethylalcohol raadzaam om de zuiger en de cilinder regelmatig schoon te maken met een pluisvrij doekje al dan niet gedrenkt in een weinig oplosmiddel, zoals bv. WD40.
4. De draairichting.
Met de nokschijf zoals die op de tekening staat is de draairichting tegen de wijzers van de klok in als men aan de voorkant tegen het vliegwiel kijkt.
Weliswaar een tamelijk uitgebreide reeks voorwaarden, maar als daaraan voldaan wordt loopt het motortje er lustig er tevreden op los met toerentallen tussen 500 en 700 omwentelingen per minuut.
Mooie replica (versie MK1)
van Matthias Ottenbacher:
Mooie replica Robert Alves
(schaal 2 op 1):
Prachtige replica
Studenten Sully Lycee: