Jumo 213 und DB 603

Diskutiere Jumo 213 und DB 603 im WK I & WK II Forum im Bereich Geschichte der Fliegerei; Danke für Eure Erklärungen! Das mit den drei Gängen (Übersetzungen) leuchtet ein. Erster Gang in Bodennähe, zweiter weiter oben und der dritte...
Carlos G.

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Danke für Eure Erklärungen! Das mit den drei Gängen (Übersetzungen) leuchtet ein. Erster Gang in Bodennähe, zweiter weiter oben und der dritte schliesslich in grosser Höhe. Einfach und verständlich. Aber... erlaubt mir eine (eventuell dumme...) Frage: Wozu sind/waren dann noch zwei Laderstufen notwendig?? Genügte da nicht ein einziger Lader? Für mich verständlich wäre es, wenn bei einem V12 jede Zylinderreihe ansaugseitig von einem Lader (über besagte drei Gänge) versorgt würde. Hoffe, mich verständlich genug ausgedrückt zu haben. Gut'Nacht allerseits.
 
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Sens

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Schau einmal, wie sich der Luftdruck mit der Höhe verändert. Ein Motor hat nur eine begrenzte Festigkeit, wenn es um den jeweils optimalen Ladedruck geht.
 
HoHun

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Danke für Eure Erklärungen! Das mit den drei Gängen (Übersetzungen) leuchtet ein. Erster Gang in Bodennähe, zweiter weiter oben und der dritte schliesslich in grosser Höhe. Einfach und verständlich. Aber... erlaubt mir eine (eventuell dumme...) Frage: Wozu sind/waren dann noch zwei Laderstufen notwendig?? Genügte da nicht ein einziger Lader?
Gute Frage! Es liegt an der Wirkungsweise der Lader ... wenn das Druckverhältnis zwischen Ausgang und Eingang zu hoch wird, sinkt der Wirkungsgrad ab, der Lader frißt zu viele Pferdestärken und heizt die Luft auf. Dann hast Du zwar viel Druck, aber trotzdem keine gute Luftdichte (denn Du willst ja eigentlich viel Sauerstoff im Zylinder), und die Extra-Temperatur führt dann zum (gefährlichen) Klopfen des Motors.

Darum schaltet man lieber zwei Laderstufen hintereinander, das ist im Endeffekt günstiger. Wenn man dann noch einen Ladeluftkühler dazuwischenschaltet, muß der zweite Lader auch nicht mehr so hart arbeiten, und der Wirkungsgrad ist noch besser.

(Dafür hat der Ladeluftkühler wieder mehr Gewicht, und er erzeugt auch einen nicht unerheblichen Luftwiderstand. Ich glaube, durch letzteres war beim Jumo 211 mit Ladeluftkühler eine echte Enttäuschung ... vielleicht weiß Peter da mehr?)

Tschüs!

Henning (HoHun)
 
Carlos G.

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Gute Frage! Es liegt an der Wirkungsweise der Lader ... wenn das Druckverhältnis zwischen Ausgang und Eingang zu hoch wird, sinkt der Wirkungsgrad ab, der Lader frißt zu viele Pferdestärken und heizt die Luft auf. Dann hast Du zwar viel Druck, aber trotzdem keine gute Luftdichte (...)
Sei es mir erlaubt, etwas eingehender in die Technik zu gehen, nur so aus Spass an der Sache. Ich habe selber mit LLK (in einem Range Rover mit Dieselmotor) herumexperimentiert, mit gutem Erfolg, aber an sich kein Vergleich, wegen des mangelnden Höhenunterschiedes (und Diesel, das nicht klopft). Du sagst in Deiner Antwort "Dann hast Du zwar viel Druck, aber trotzdem keine gute Luftdichte". Frage: Wo kommt der Druck dann her?? Ist es nicht eher so, dass wegen der stark aufgeheizten Luft, der Druck im Ansaugtrakt abnimmt (und dann mittels LLK wiederhergestellt wird)?

Darum schaltet man lieber zwei Laderstufen hintereinander, das ist im Endeffekt günstiger.
Verstehe ich wieder nicht... Wenn ich mit einer Laderstufe eh schon stark erhöhten Druck habe, aber diese verdichtete Luft heiss ist, also der Wirkungsgrad abnimmt (= schlechtere Zylinderfüllung), wieso wird dann nochmals ein Lader zugeschaltet? Das erhöht doch nochmals die an sich schon heisse Luft, oder?

Wenn man dann noch einen Ladeluftkühler dazwischenschaltet, muß der zweite Lader auch nicht mehr so hart arbeiten, und der Wirkungsgrad ist noch besser.
Hmmm... Wenn man einen LLK zwischen Lader 1 und Lader 2 zwischenschaltet, wird zwar die Luft beim Eingang des zweiten Laders kühler (= dichter) ankommen, wird aber sofort durch die vermehrte Verdichtung wieder aufgeheizt... Dies ist genau der Punkt den ich nicht so richtig "intus" bekomme... Mit anderen Worten: Die verdichtete Luft muss so kühl wie möglich am Ansaugtrakt der Zylinder ankommen, damit der Regler der Treibsrtoffzugabe soviel Sprit wie möglich zugeben kann. Oder?

(Dafür hat der Ladeluftkühler wieder mehr Gewicht, und er erzeugt auch einen nicht unerheblichen Luftwiderstand. Ich glaube, durch letzteres war beim Jumo 211 mit Ladeluftkühler eine echte Enttäuschung ... vielleicht weiß Peter da mehr?)

Tschüs!

Henning (HoHun)
Jeder Kühler erzeugt Widerstand, logisch. Hängt aber davon ab, wie dicht die Waben beieinander sind... Ich bin zwar kein Techniker, aber die Logik sagt mir dass ein tieferer LLK mit etwas weiter auseinanderliegenden Waben weniger Widerstand erzeugt, als ein engerer, mit beieinanderliegenden Waben. Der Kontakt der kühlenden Luft mit der innenfliessenden heissen ist da, sogar über 1cm oder zwei längere Kontaktfläche, aber dafür weiter auseinander gelegen, sodass die Luft besser durchfliessen kann.

Gewichtsmässig, wage ich zu behaupten dass ein LLK aus Aluminium für einen V12 mit ca. 40 Liter Hubraum wohl nicht über die 20kg geht, oder? Und das wird durch den erhöhten Wirkungsgrad der angesaugten Luft mehr als wett gemacht... Sage ich so...

PS: Auf dieses Thema bin ich aufmerksam geworden durch das Lesen verschiedener Berichte über den Allison V-1710 und seine anfängliche Enttäuschung beim P-51, welcher dann mit dem Merlin weit bessere Ergebnisse erzielte. Als die Techniker von Allison bei North American dann hinsehen konnten, fiel denen sofort die andere Laderkonstruktion des britischen Motors auf. Als sie zuhause bei ihren V-1710 dann auch einen LLK einbauten, sah das Ergebnis schon ganz anders aus... Am Ende der Entwicklung, gab der amerikanische Motor sogar über 2.000 PS ab... Und warum hatten die zuerst nur eine Laderstufe und ohne LLK am V-1710? Weil das zuständige Ministerium das Allison-Triebwerk auch für Panzer nutzen wollte, und der Motor musste so kompakt wie möglich sein...

Mal sehen, ob dies weiter zu der interessanten Debatte führt...
 
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Junkers-Peter

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Zweistufenlader auch deshalb, weil man Förderhöhen jenseits von 10 km mit einem Einfachlader kaum erreichte und der Wirkungsgrad dann stark abnahm. Besonders der Spalt zwischen Lauftrad und Ladergehäuse war der Schwachpunkt. Und durch mehrstufige Aufladung erzielt man höhere Druckverhältnisse. Ist ja beim Axiallader ähnlich, wo man mehrere Stufen hintereinanderschaltet.

Ja, der Effekt des Ladeluftkühlers beim 211 J war enttäuschend. Am meisten fiel der Innenwiderstand des Kühlers ins Gewicht. Der fraß viel von Ladedruck auf und der Leistungsgewinn war dann letzlich durch den zusätzlichen Kühler mit seinem Stirnwiderstand und dessen Gewicht, was ja mit in die Luft geschleppt werden musste, gering.

Zwischenkühlung zwischen zwei Laderstufen gab es in Deutschland m.W. nicht in Großserie. Versuchsweise gabs das beim Junkers EF 61 mit DB 600. Die Ju 86 R hatten sogar Zwischen- und Endkühlung, also Aufladung des Jumo 207 in der 1. Stufe mit Abgasturbolader, dann zu den Zwischenkühlern unter der Tragfläche, zurück zum Motor zum Spülgebläse (Lader), dann zum Spülluftkühler und dann in den Motor. Damit waren Höhen um die 15 km erreichbar. Aber man sieht schon, was für ein Riesenaufwand nötig ist, um solche Höhen zu erreichen.

Aber die Zweistufenlader waren trotzdem nette Heizkörper. Ich habe für den 603 L ein paar Daten für 10 km Volldruckhöhe bei 1,4 ata Ladedruck: Eintrittstemperatur -55°C, Ausgang 1. Stufe 60°C und Ausgang 2. Stufe 161°C, also letzlich eine Temperaturerhöhung um rund 220°C.
 
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Die logische Konsequenz war dann ja das Turbinenluftstrahltriebwerk.
 
Junkers-Peter

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Ja, aber nicht nur, was die reine Höhenleistung angeht. Wenn man sich vor Augen führt, welch komplizierte Gebilde die Motoren geworden waren, siehe z.B. der Pratt & Whitney 28-Zylinder-Vierfachsternmotor mit 4 Ventilen und zwei Zündkerzen pro Zylinder. Das waren 112 Ventile mit entsprechenden Stößeln und 56 Zündkerzen. Wenn an einer Viermot. alle Zündkerzen zu wecheln waren, machte das über 200 Zündkerzen. Das schaffst du nicht an einem Nachmittag. :biggrin: Dazu noch die Aufladung mit Ladern und Abgasladern, die teilweise ihr Drehmoment über Getriebe an die Welle abgaben.

Dagegen waren die TL erfrischend einfach - auf den ersten Blick: Verdichter -> Brennkammer -> Turbine -> Schub, und alles auf einer Welle.
 
Carlos G.

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Aber die Zweistufenlader waren trotzdem nette Heizkörper. Ich habe für den 603 L ein paar Daten für 10 km Volldruckhöhe bei 1,4 ata Ladedruck: Eintrittstemperatur -55°C, Ausgang 1. Stufe 60°C und Ausgang 2. Stufe 161°C, also letzlich eine Temperaturerhöhung um rund 220°C.
Den "overboost" (Druckluftüberschuss) hätte man gut an den Nasenleisten der Flügel entlangführen können, zwecks Vorbeugung einer evtl. Vereisung... oder zum Heizen der Pilotenkanzel, in erster Linie der Frontscheibe...
 
Junkers-Peter

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Nein nein, es gab keinen "Druckluftüberschuss" bzw. sollte es ihn nicht geben. Bei guter Auslegung des Laders und guter Anpassung an den Motor ging die verdichtete Luft vollständig in den Motor bzw. wurde von ihm vollständig verarbeitet. Das war auch das Ziel, Lader und Motor möglichst gut aneinander anzupassen. Es wäre ja widersinnig, die Luft erst mit viel Motorkraft zu verdichten, um sie dann wieder durch die Tragflächen zu blasen. Die Tragflächenvorderkanten wurden meist mit durch Abgase erwärmte Luft enteist.

Teilweise zweigte man einen Teil der verdichteten Luft zur Aufladung von Druckkabinen ab. Da war aber auch keine günstige Lösung, da die Luft ölhaltig war. Man nutzte dann meist an den Motor angeflanschte Kompressoren.

Das Ansaugvolumen des Laders vom DB 603 L betrug übrigens rund 2 m³ Luft pro Sekunde!
 

78587?

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es gab keinen "Druckluftüberschuss" bzw. sollte es ihn nicht geben. Bei guter Auslegung des Laders und guter Anpassung an den Motor ging die verdichtete Luft vollständig in den Motor bzw. wurde von ihm vollständig verarbeitet.
nicht ganz.
Aufgrund der Ventilüberschneidung, beim 605 von 106° (603L/La=110°) geht da schon "Frischluft" zum Auslass raus. Das ist auch gewollt, um den Zylinder von Restgas frei zu "blasen", damit der Brennraum mit maximalem Sauerstoff-Anteil beaufschlagt ist, für die nächste Verbrennung. Zudem kühlt das auch etwas die Auslassventile.


.
 
Junkers-Peter

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Ja, ich weiß. Wollte das Ganze nicht verkomplizieren.

In der Realität waren beide Zweistufenlader des DB 603 L sowie des Jumo 213 E zu groß ausgelegt. So kam es zum Laderpumpen. DB kam durch das Kriegsende nicht mehr zum Beheben. Junkers musste Öffnungen im Ladergehäuse vorsehen, durch die drehzahlabhängig ein Teil der verdichteten Luft abgeblasen wurde - wohl größtenteils im Teillastbereich. Macht man ja bei Axialverdichtern und TL ähnlich.
 
Junkers-Peter

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Ich habe noch ein Dokument zur Flugerprobung des DB 603 L gefunden, wobei ich der Meinung bin, dass es immer nur um den LA ohne Ladeluftkühler geht.
Besprechung in Echterdingen am 21. Februar 1945 v. 2. März 1945. Dort saß die DB-Flugabteilung.

Die Qualität des Dokuments ist leider sehr schlecht, kaum Kontrast vorhanden. Habe versucht, was Brauchbares herauszubekommen. Unten im gekennzeichneten Bereich gehts ums Laderpumpen. Da wollte man wohl durch ein Gashebel-abhängiges Abblaseventil das Pumpen verhindern.

 
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78587?

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Ja, das "Pumpen" im Teillast wurde schon auf den Prüfständen erkannt, das hätte man früher oder später auch in den Griff bekommen.
Das Problem gab es schon bei der Entwicklung des 605AS, der kpl. Lader vom 603G war zu groß. Abhilfe schaffte man durch ein geändertes Verdichterrad und Einlaufdeckel.

.
 
Junkers-Peter

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Das hätte man sicher noch in den Griff bekommen. Trat ja auch nur in bestimmten Lastbereichen auf.
Jumo hatte ölgesteuerte Abblaseventile, längerfristig wollte man noch den Leitapparat des Laders in der Serie modifizieren. Bei entsprechend geänderten Versuchsmotoren trat bei Flugversuchen kein Laderpumpen mehr auf.
 
Carlos G.

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Grösten Dank für Eure detaillierten Beschreibungen! Äusserst interessant.
 
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Einige deutsche Motoren (welche?) hatten doch eine Dralldrossel (veränderlicher Vordrall) vor den Verndichter, damit lässt sich das Pumpen elimieren. Diese Teile wären sicherlich auch nachrüstbar gewsesen.

Funfact: die derzeitigen Formel 1 Motoren verwenden wieder eine dereartige Lösung, ansonsten ist das Prinzip bei aufgeladenen Motoren m.W. nie mehr irgendwoanders genutzt worden.
 
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@Doppelnik Alle Jumo 213 hatten eine Dralldrossel, eine Erfindung von Dr. Lichte/Jumo-Vorentwicklung. Ich glaube, die späten Jumo 222 hatten ebenfalls Dralldrosseln.
Der Jumo 213 E pumpte aber trotzdem, so dass die Dralldrossel offensichtlich nichts mit der Pumpneigung zu tun hatte. Beim 603 L anscheinend genau so. Halte ich auch für unwahrscheinlich. Pumpen entsteht bei hohen Druckverhältnissen (also eher bei Mehrstufenladern) und gleichzeitig kleinen Luftdurchsätzen. Das Luftvolumen im Lader fängt an zu Schwingen. Weiterhin stellte man damals fest, dass das Pumpen durch große Rohrvolumen sowohl saug- als auch druckseitig begünstigt wird.

Die Vorteile der Dralldrossel waren andere. Können wir ja in Zukunft noch drauf eingehen.
 
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Dralldrosseln haben mehrere Funktionen, zum einen kann der Lader (innerhalb enger Grenzen) stufenlos geregelt werden, wodurch bei Teillast weniger mechanische Energie für den Lader benötigt wird im Vergleich zu einer Drossellösung einer einem Abblasen der Luft. Darüber hinaus kann aber auch Laderpumpen verhindert werden (Vordrall in Drehrichtung), es würde mich sehr wundern wenn man von dieser Möglichkeit keinen Gebrauch gemacht hätte.

Der maximale Wirkungsgrad wird durch eine Dralldrossel i.d.R. verringert, das kann aber bei ungünstigen Anströmbedingungen (ist bei der quer liegenden Laderachse sicher nicht optimal) wieder anders aussehen.

Pumpen ensteht durch eine Stall an den Kanten der Verdichterräder (Einlauf), wenn dort der Anströmwinkel zu sehr von dem geometrischen Winkel abweicht, kommt es zum Pumen. Eine Dralldrossel variiert diesen Winkel durch Vordrall.
 
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