Motoröl ist für die Schmierung des Motors zuständig. Dieser Satz ist keinesfalls falsch, beschreibt aber nur eine von vielen Aufgaben des Motoröls. So ist die Schmierung bei Flugmotoren amerikanischer Bauart nicht die einzige wichtige Funktion des Öls. Aufgrund ihrer relativ niedrigen Drehzahl sind die Anforderungen an die Schmierfähigkeit des Öls hier weit geringer als bei modernen Motoren in Fahrzeugen. Ebenso wichtig ist die Kühlung des Motors. Vor allem die Kolben werden praktisch ausschließlich durch Motoröl gekühlt. Dazu wird es zur Wärmeabfuhr durch Düsen auf die Kolbenböden gespritzt.
Sauberhalten des Motors
Die vielleicht wichtigste Funktion des Öls ist das Sauberhalten des Motors. Noch immer werden viele Flugmotoren mit bleihaltigem Kraftstoff betrieben, und es entweichen große Mengen der Verbrennungsgase in das Kurbelgehäuse. Die festen Bestandteile dieser sogenannten Blow-by-Gase – Bleirückstände und Ölkohle – dürfen sich nicht im Motor absetzen, da dadurch die Ölkanäle im Motor verstopfen. Diese Partikel hält das Öl in der Schwebe, bis sie der Ölfilter ausfiltert oder das Öl gewechselt wird. Insbesondere bei Motoren, die nur über Ölsiebe verfügen, ist das besonders wichtig, da die Partikel durch die relativ groben Maschen des Ölsiebes nicht ausgefiltert werden.
Ölwechsel
So schreiben Lycoming und Continental einen Ölwechsel nach 25 Betriebsstunden vor, wenn der Motor nur über Ölsiebe (oil screens) verfügt und nicht über eine Ölfilterpatrone (spin-on oil filter). Ein guter Indikator für die Menge der im Öl gebundenen Partikel ist seine Farbe. Je dunkler es wird, desto mehr Partikel sind enthalten. Ölwechselintervalle von über 50 Stunden lassen sich praktisch nur bei Verwendung von bleifreiem Treibstoff erreichen. Bei Rotax beträgt das Intervall bei der Verwendung von bleifreiem Treibstoff 100 und überwiegend verbleitem Treibstoff 50 Stunden.
Korrosionsschutz
Aufgabe drei ist der Korrosionsschutz. Hier sind vor allem mineralische Einbereichsöle im Vorteil, da sie nach dem Abkühlen deutlich zähflüssiger sind als Mehrbereichsöle. So hält sich der Ölfilm länger auf den korrosionsgefährdeten Bauteilen des Motors. Ein gutes Beispiel ist die Nockenwelle. Die Standzeiten von Luftfahrzeugen sind teilweise signifikant länger als die von Autos, und daher ist es wichtig, dass der schützende Ölfilm möglichst lange haftet. Einige Ölsorten sind mit speziellen Korrosionsschutz-Additiven versehen.
Motoröl als Hydraulikflüssigkeit
Man sollte sich aber vorab informieren, ob sie für den entsprechenden Motor geeignet sind. So ist ein von Lycoming empfohlener Zusatz Gift für die Anlasser von Continental-Motoren, da die Kupplung durch das Additiv zu rutschen beginnt. Bei Motoren mit hydraulischem Verstellpropeller dient das Motoröl als Hydraulikflüssigkeit. Der Hydraulikaktuator in der Propellernabe ist durch die Kurbelwelle mit dem hydraulischen Propellerregler verbunden. Auch die sogenannten Wastegates von Turbomotoren werden durch das Öl betätigt.
Welches Öl ist das richtige?
Im Kfz-Bereich sind vollsynthetische Mehrbereichsöle Standard. Ihr Vorteil ist, dass sie auch bei niedrigen Temperaturen gut fließen, sodass auch beim Kaltstart die Ölversorgung schnell gewährleistet ist. Ein Einbereichsöl ist dagegen bei Kälte dickflüssig, und im Extremfall kann das dazu führen, dass Lager anfangs nicht ausreichend geschmiert werden. Daher sind Kaltstarts von Flugmotoren mit diesem Öl bei tiefen Temperaturen mit Bedacht durchzuführen. Auf keinen Fall darf zu viel Gas gegeben und der Motor hochgedreht werden, die Warmlaufphase erfolgt mit niedriger Drehzahl. Bei Temperaturen unter 5°C sollten Motor und Öl vorgewärmt werden.
Mehrbereichsöle
Trotz der Nachteile von Einbereichsölen kommen für viele amerikanische Motoren Mehrbereichsöle aufgrund ihrer Zusammensetzung nicht infrage. Zumeist bestehen sie aus einer Mischung von mineralischen und synthetischen Basisölen. Um ihre Viskosität über ein breites Temperaturspektrum zu halten, werden Viskositätsindexverbesserer eingesetzt. Allerdings altern letztere in Verbindung mit mineralischen Ölen schnell, wodurch ihre Wirkung nachlässt. Zwar funktionieren VI-Verbesserer in Verbindung mit synthetischen Basisölen, jedoch sind synthetische Öle bei Verwendung von verbleitem Treibstoff problematisch, da sie die Bleirückstände nicht dauernd binden können.
Verwendung von Einbereichsölen
So bleibt oft nur die Verwendung von Einbereichsölen. Üblicherweise kommt im Sommer ein 100er Öl (SAE-Klassifikation 50) und im Winter ein 60er bis 80er Öl (SAE-Klassifikation von 30 bis 40) zum Einsatz. Die Viskositätsbezeichnungen bei Einbereichsölen entsprechen übrigens nicht den SAE-Klassifikationen von Mehrbereichsölen, was historisch begründet ist. In den Betriebshandbüchern amerikanischer Flugmotoren beginnt der Winter bei einer Außentemperatur von unter 40°F, also bei unter 5°C.
Synthetische Mehrbereichsöle
Wird ein Motor hauptsächlich mit bleifreiem Sprit betrieben, ist die Verwendung von Mehrbereichsölen – entsprechend der Herstellervorgaben – möglich. Bei Rotax-, Technify- und Austro-Engine-Motoren sind synthetische Mehrbereichsöle aufgrund von Bauart und Treibstoff die Regel. Allerdings gibt es beim Rotax eine Besonderheit: Da auch das Getriebe durch das Motoröl geschmiert wird, sind spezielle Additive erforderlich. Im Prinzip werden beim 912er ähnliche Öle verwendet wie bei Motorradmotoren mit nur einem Ölkreislauf für Motor und Getriebe. Es gibt inzwischen Ölsorten, die explizit für den 912er angeboten und von Rotax empfohlen werden.
Service-Bulletin
Die für einen Flugmotor freigegebenen Ölsorten findet man im Betriebs-/Wartungshandbuch des Motors. Häufig gibt es zudem Service-Bulletins der Hersteller. Hier kann man aber leicht den Überblick verlieren. So findet sich zum Beispiel im sehr ausführlichen Wartungshandbuch für Continentals kein Hinweis darauf, dass die Verwendung von teilsynthetischen Mehrbereichsölen beim Betrieb mit verbleitem Treibstoff nicht zu empfehlen ist, obwohl dies allgemein bekannt ist.
Unlegierte Öle
Für die Einlaufphase von US-Motoren empfehlen die Hersteller üblicherweise sogenannte unlegierte Öle – im Englischen "straight mineral oil". Im Gegensatz zum üblichen legierten Öl oder "ashless dispersant oil" bindet dieses keine Fremdstoffe im Öl, und die Schmierfähigkeit ist geringer, wodurch das Einlaufen zum Beispiel der Kolbenringe beschleunigt wird. In Expertenkreisen wird die Notwendigkeit der Verwendung von unlegierten Ölen in der Einlaufphase jedoch angezweifelt. Allerdings ist wegen der relativ kurzzeitigen Verwendung von unlegiertem Öl auch kein Schaden zu befürchten.
Ölwechsel – aber wann?
Bei US-Aggregaten sind Öl und die Filterpatrone alle 50 Stunden oder nach vier Monaten (Lycoming) oder sechs Monaten (Continental) zu wechseln. Ist keine Ölfilterpatrone installiert, sondern nur ein Ölsieb, dann ist der Ölwechsel nach 25 Stunden oder vier Monaten fällig. Bei Rotax- und Diesel-Motoren erfolgt der Öl- und Filterwechsel üblicherweise nach 100 Betriebsstunden. Beim Rotax verringert sich das Wechselintervall auf 50 Stunden, wenn der Motor zu mehr als 30 Prozent mit verbleitem Flugbenzin betrieben wird.
Längere Betriebspause
Je neuer das Motoröl ist, umso besser schützt es den Motor vor Korrosion. Daher ist es ratsam, vor einer längeren Betriebspause das Öl zu wechseln, auch wenn das nach Wartungsplan noch nicht ansteht. Einen Öl- und Filterwechsel freigeben darf laut EASA Part-M auch der Flugzeughalter, so fallen meist nur die Materialkosten an. Im Vergleich zu einem Schaden durch Korrosion ist dies sicher eine vernachlässigbare Ausgabe. Ebenso ist es empfehlenswert, bei jedem Ölwechsel eine Ölprobe zu entnehmen und analysieren zu lassen. In den USA gibt es zahlreiche Labors, die eine Ölanalyse für etwa 20 Dollar anbieten. Der Versand einer Probe als Großbrief ist unkompliziert und kostet nur ein paar Euro. Vom Labor bekommt man dann wenig später die Ergebnisse als PDF-Datei zugesandt.
Untersuchung der Ölfilterpatronen
Üblicherweise wird das Öl auf Eisen, Kupfer, Nickel, Chrom, Aluminium, Blei, Silizium und Zinn untersucht. Die jeweiligen Konzentrationen werden in PPM (parts per million) angegeben. Die jeweilige Menge wird mit dem Durchschnitt des Motortyps entsprechend der Datenbank des Labors bewertet. Daher ist es wichtig, die Analysen immer beim selben Labor durchführen zu lassen, um sich abzeichnende Bauteilschäden vor dem Versagen erkennen zu können. So deutet zum Beispiel ein Anstieg der Nickelkonzentration auf ein bevorstehendes Problem an einem Auslassventil hin. Viele Labore bieten auch die Untersuchung der Ölfilterpatronen an.
Zertifizierungsvorschrift
Zwischen den Wechseln gilt es auf den Ölstand zu achten. Bei US-Motoren sollte die Menge zwei Drittel des Maximalwerts nicht überschreiten. Alles was deutlich darüber hinaus geht, spuckt der Motor schnell über die Kurbelgehäuseentlüftung wieder aus. Laut Zertifizierungsvorschrift muss der Motor mit 50 Prozent der maximalen Ölmenge noch in allen Fluglagen zuverlässig laufen. Übrigens: Das Prüfen der Ölmenge nach einem Flug ist nicht sinnvoll, da das Öl noch im Motor verteilt ist und erst nach einiger Zeit in die Ölwanne zurückfließt. Zum Messen des Ölstandes bei Rotaxmotoren mit Trockensumpfschmierung muss erst das restliche Öl aus dem Motor in den Ölbehälter gepumpt werden.
Schäden aufgrund fehlender Schmierung
Dies erfolgt durch langsames Durchdrehen des Motors in Laufrichtung und keinesfalls entgegengesetzt, da dies Luft in die Ölpumpe fördern würde. Beim nächsten Motorstart bestünde die Gefahr von Schäden aufgrund fehlender Schmierung. Durch das langsame Durchdrehen strömt komprimierte Luft an den Kolben vorbei ins Kurbelgehäuse und drückt das Öl in den Sammelbehälter. Sobald es in diesem gurgelt, ist der Vorgang abgeschlossen und der Ölstand kann gemessen werden. Natürlich sollte auch ein Rotax nicht mit zu viel Öl befüllt werden. Jedoch ist es unbedenklich, wenn der Peilstab den Maximalpegel anzeigt.
Autor Mark Juhrig
... fand mit dem Modellflug den Einstieg in die Fliegerei. Heute ist er in Cockpits von Motorflugzeugen ebenso zu Hause wie in denen von Motorseglern und ULs. Das Interesse des Elektroingenieurs gilt insbesondere der Flugzeugtechnik.
