Wem der Text viel zu kompliziert und zu theoretisch ist, und wer genau wissen möchte, in welchem Abstand zum Motor ein Resonanzrohr eingebaut wird, dem empfehlen ich diesen Link. Beachten Sie bitte, daß Ihr Browser Java unterstützen muß, um die Seite anzuzeigen. Die dort angegebenen Maße sind inclusive Krümmer zu verstehen.


(leider nur in englisch)
 Resonanzauspuffberechnung 

 

Zweitakt Auspuff

Die Gasschwingungen

Es ist bekannt, daß sich die Gasschwingungen in Zweitaktmotoren wegen fehlender Ventile selbständig machen und daß deshalb die Bewegungen des Kolbens möglichst gut auf die des Gases abgestimmt sein sollten oder umgekehrt. Um zu verstehen, wie das bewerkstelligt wird, muß man sich zuerst darüber im klaren sein, was ein Gas überhaupt ist. Dazu hilft recht gut folgendes Modell:

Ein Gas ist die Ansammlung einer riesigen Zahl von Molekülen, die man sich als lauter kleine Bällchen vorstellen kann, die wie wild gewordene Flummies ohne Unterlaß in einem großen Raum herumhüpfen. Wenn einer der Flummies gegen eine Wand saust, dann prallt er ab, verpaßt der Wand aber einen kleinen Stoß; die Summe der Stöße von den ungeheuer vielen Gasmolekülen ist dann das, was wir als Wärme bezeichnen und die Temperatur ist direkt proportional zu der Geschwindigkeit der Moleküle. Davon, daß die Bewegungsenergie, die in den kleinen Molekülen steckt, nicht gerade klein ist, kann man sich leicht durch einen Griff in kochendes Wasser überzeugen: Der auftretende Schmerz entsteht nämlich durch das Trommelfeuer abertausender Moleküle und mit eben diesem Molekülbeschuß wird auch der Kolben eines Motors in Bewegung gesetzt.

Nun ist klar, daß wenn sich unsere Flummies in einem großen Raum befinden, sie ihn immer halbwegs gleichmäßig einnehmen werden. Denn wird der Raum vergrößert, zum Beispiel indem eine Wand verschoben wird, dann fliegen die Moleküle, die gerade dabei waren, gegen die Wand zu stoßen, einfach geradeaus weiter und machen den nachfolgenden Platz, die sonst durch die zurückprallenden abgehalten worden wären, sich auch in gleicher Richtung zu bewegen. Dadurch fliegen mehr Moleküle in Richtung der gegenüberlenden Wand, so lange, bis sich in dem neuen Raum gleichviele Moleküle befinden wie überall sonst auch.

Auf diese Weise geschieht etwas ähnliches wie an einer Verkehrsampel mit langer Autoschlange: Wenn die Ampel grün wird, merkt der erste Autofahrer, daß ihm kein Hindernis mehr im Weg steht und fährt. Daraufhin bemerkt der zweite, daß der erste fehlt und fährt hinterher, ebenso der dritte, und so setzt sich der Anfahrvorgang durch die ganze Schlange bis zu deren Ende fort. Bezeichnet man nun einmal den Abstand zwischen den Autos in Anlehnung an das Gas-Modell als Druck, dann geht von der grün gewordenen Ampel eine Unterdruckwelle aus; genauso, wie eine von der Ampel weglaufende Überdruckwelle entsteht, wenn sie rot wird. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwellen hängt dabei im wesentlichen von der Zeit ab, die ein Autofahrer benötigt, um zu merken, daß sein Vordermann anfährt und nur zweitrangig von der Geschwindigkeit, mit der sich die gesamte Schlange bewegt.

Unsere Gase verhalten sich ganz genauso. Was für die Autofahrer die grüne Ampel, ist für sie ein offenes Rohrende; eine rote Ampel entsprechend ein verschlossenes Rohrende. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Druckwellen hängt bei ihnen von der Fixheit ab, mit der sie den Platz eines verschwundenen Nachbarn einnehmen können, also von der Gastemperatur, die, wie wir gesehen haben, direkt von der Bewegungsgeschwindigkeit der einzelnen Moleküle abhängt.

Resonanzauspuff

Wenn man erst einmal weiß, nach welchen Gesetzen sich die Gasschwingungen verhalten, dann ist es kein Problem mehr, sie für die eigenen Zwekke auszunutzen, nämlich indem man mit ihrer Hilfe den Ladewechsel unterstützt: Ziel ist es, nach dem Verbrennungsvorgang den Zylinder rasch vom Altgas zu befreien, um ihn schnell mit Frischgas füllen zu können, und zwar mit möglichst viel. Deshalb sollte also direkt nach der Verbrennung ein Unterdruck am Auslaß anliegen, um den Zylinder leerzusaugen, danach aber sollte das Frischgas möglichst unter Druck in ihn hineingepreßt werden. Genau das ist es, was mit einem Resonanzauspuff erreicht wird: Er sorgt dafür, daß die in ihm hin und her laufenden Über- und Unterdruckwellen im richtigen Augenblick am Auslaßschlitz anliegen, und mit dem Frischgas die eben beschriebenen Transaktionen ausführen. Daher auch sein Name: Die Gasschwingungen stehen in Resonanz, das heißt in Einklang, mit den Kolben-bewegungen. Das Prinzip ist dabei folgendes:

Wenn der Auslaß öffnet, dann strömen die noch unter hohem Druck stehen-den Altgase durch das Auspuffrohr und erreichen recht bald den sich wei-tenden Teil des Rohres, den sogenannten Konus (oder auch Diffusor), der sich ähnlich verhält wie ein offenes Rohrende: Es wird eine Unterdruckwelle zum Auslaßschlitz zurückreflektiert, die saugend hilft, den Brennraum von den Altgasen zu befreien. Kurz nach dem ersten Weltkrieg haben sich die Rennmotoren-Bauer allein mit diesem Teil des Auspuffs begnügt - und brauchten auch überhaupt nichts anderes, weil damals die Zylinderaufladung noch mittels Kompressor erfolgen konnte. So wurde auf der Einlaßseite immer lustig hineingepumpt und auf der Auslaßseite es war ja genug da immer kräftig gesaugt. Die Renntüten, oder konischen Röhren, wie sie damals genannt wurden, waren also das Nonplusultra.

"Renntüte"

Daß bereits damals das Rohr konisch war und der Auspuff nicht einfachschon nach dem Krümmer endete, hat auch seinen Grund: Ein offenes Rohrende reflektiert nämlich in dem Augenblick, in dem es von einer Gasdruckwelle durchlaufen wird, eine starke aber sehr kurze Unterdruckwelle zu kurz, als daß sich damit der Zylinder entleeren ließe. Strömt die Gaswelle dagegen durch einen Konus, hat sie durch den dauernd zunehmenden Querschnitt den Eindruck, lauter ,,kleine" Rohrenden nacheinander vor sich zuhaben, und so wird bei jeder Querschnittsverbreiterung eine kleine Unterdruckwelle ausgelöst. Auf diese Weise ist die saugende Wirkung zwar nicht ganz so stark wie bei einem wirklichen Rohrende, sie hält dafür aber über eine längere Zeit an und ist deshalb viel besser zu verwenden.

Anfang der 50er Jahre traf die Renntüten-Fetischisten dann aber der Schlag. Der Kompressor wurde für Sporteinsätze nämlich verboten. Aber schon kurz danach tauchten auf einmal merkwürdige Auspuffanlagen auf, die so aussahen, als seien zwei Renntüten in der Mitte zusammengeschweißt worden und diese Geräte schienen sogar Vorteile zu haben. Was ging in den Köpfen der Konstrukteure wohl vor? Sie dachten sich das Prinzip und sie behielten Recht damit ungefähr so:

Die einzelnen Teile des Auspuffs.

Während der Zylinder durch den Konus, die ehemalige Renntüte, noch entleert wird, erreichen die ersten Gasmoleküle bereits den Gegenkonus, durch dessen Engpaß sie nun hindurch müssen und dessen Wirkung deshalb einem geschlossenen Rohrende ähnelt: Eine Überdruckwelle wird zurückgesandt, aber genau wie bereits beim Konus besprochen, nicht nur ein kurzer Druckstoß, sondern eine länger anhaltende Druckwelle. Während diese sich nun zum Auslaßschlitz bewegt, saugt die Unterdruckwelle des Diffusors immer noch am Zylinder, obwohl er schon längst mit Frischgas gefüllt ist, wodurch auch teilweise Frischgas in den Auspuff hineinströmt. Doch bevor der Kol-ben den Auslaß wieder verschließt, ist die vom Gegenkonus ausgehende Überdruckwelle eingetroffen und schiebt das entfleuchte Frischgas wieder in den Zylinder zurück - und wenn der Auslaß dann endlich wieder verschlos-sen ist, befindet sich dadurch auf einmal wesentlich mehr Frischgas im Zylinder, als wenn es einzig ,,aus eigener Kraft" hätte einströmen müssen.

Mit dieser raffinierten Methode gelingt es, die Energie, die in dem Druck der ausströmenden Altgase steckt, wiederzugewinnen, indem man mit ihr die Ladung des Zylinders verbessert, man ihn auflädt. So betrachtet hat der Resonanzauspuff tatsächlich einiges gemeinsam mit einem Turbolader am Viertakter; und besser als ein Kompressor ist er allemal, weil er normalerweise verlorene Energie zur Aufladung verwendet und nicht, wie der Kompressor, wertvolle mechanische Energie verbraucht. Allerdings funktioniert unser schöner Auspuff nur bei einer bestimmten Drehzahl, nämlich dann, wenn zwischen Öffnen und Schließen des Auslasses die gleiche Zeit ver-geht, die eine Gasdruckwelle benötigt, um vom Auslaßschlitz zum Gegenkonus und wieder zurückzulaufen. Und diese Zeit hängt gleiche Gastemperatur vorausgesetzt - nur von der Länge des Auspuffs ab. Da diese aber zumindest während der Motor betrieben wird unveränderbar ist, kann der Auspuff nur mit einer bestimmten Drehzahl in Resonanz stehen, bei allen Drehzahlen, die weit von der Resonanzdrehzahl entfernt sind, hat er keineWirkung.

Jetzt wird auch klar, weshalb ein Drehmomentverlauf nur entweder flach und breit oder schmal und hoch sein kann: Der gesamte Zweitaktmotor ist ein einziges Schwingungssystem, in dem an tatsächlich jeder Stelle in irgendeiner Weise Gasschwingungen auftreten, die aber nur mit einer bestimmten Drehzahl in Resonanz stehen können und so die Zylinderfüllung bei genau dieser Drehzahl erheblich verbessern. Je kompromil3loser ein Motor nun an all seinen Stellen auf genau eine Drehzahl abgestimmt ist, desto besser wird das Drehmoment bei dieser - und desto schlechter bei allen anderen Drehzahlen.

Bleiben wir aber vorerst beim Auspuff und versuchen wir, seine Resonanzlänge für eine bestimmte Drehzahl zu berechnen. Dazu benötigen wir zuerst die Zeit, in der der Auslaßschlitz geöffnet ist. Sie kann leicht durch folgende Proportion ausgedrückt werden:

oder umgeformt

T = Zeit für eine vollständige Kurbelwellenumdrehung um 360°

tö = Zeit, in der der Auslaßschlitz geöffnet ist [s]

j = Winkel, um den sich die Kurbelwelle in der Zeit t dreht [°KW]

(Die Einheit °KW bedeutet "Grad Kurbelwinkel")

(j ist der griechische Buchstabe "phi")

n = Drehzahl [1/min]

Die Zeit für eine Kurbelwellendrehung beträgt T= 1/n [min = 60 s]

Wird dieser Wert in die Formel eingesetzt, ergibt sich:

In dieser Zeit tö (im Auspuff macht es in dem Augenblick übrigens wirklich "töff") muß die Druckwelle zweimal die Strecke vom Auslaßschlitz bis zum Ende des Gegenkonus zurückgelegt haben, nämlich erst hin und dann wieder zurück.

Um diese Resonanzzeit berechnen zu können, wird aber die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwellen benötigt und die ist gleich der Schallgeschwindigkeit, denn unsere Gasdruckwellen sind in der Tat auch gleichzeitig Schallwellen, wie im allgemeinen leicht nachzuprüfen ist. Jedenfalls hängt die Schallgeschwindigkeit von mehreren Faktoren ab, nämlich zum einen von der Gastemperatur, wie wir bereits wissen, und zum anderen von der Zusammensetzung des Gases, in dem sich der Schall ausbreiten soll, weil verschiedenartige Gasmoleküle auch verschiedene Massen besitzen und diejenigen mit größerer Masse träger sind; sie verhalten sich so, wie lauter schlafmützige Autofahrer aus unserem Ampel-Beispiel.

Wir wollen diesen Einfluß aber vernachlässigen und einfach die Schallgeschwindigkeit in der Luft annehmen. Und zwar beträgt sie bei 0°C: cs = 331 m/s. Für andere Temperaturen kann sie recht gut durch die Formel cs = 331 + 0,6 T [m/s] berechnet werden, wenn für T die Temperatur in °C eingesetzt wird; am Auslaß beträgt sie etwa zwischen 200 und 300°C. Mit diesem Wissen läßt sich nun leicht die Zeit ausrechnen, die die Druckwelle benötigt, um zweimal die Resonanzlänge des Auspuffs zurückzulegen:

tr = Zeit, in der die Druckwelle vom Auslaßschlitz bis zum Ende des
Gegenkonus läuft und wieder zurück [s]

tr = Länge des Auspuffs vom Auslaßschlitz bis zum Ende des
Gegenkonus (= Resonanzlänge) [m]

cs = Schallgeschwindigkeit [m/s]

Nun soll die Öffnungszeit des Auslasses gleich der Resonanzzeit des Auspuffsystems sein, damit der Auspuff seine oben beschriebene Aufgabe erfüllen kann: tr = tö. Also gilt:

und aufgelöst nach lr :

Wenn jetzt noch gekürzt wird, bleibt folgende einfache Beziehung übrig:

Damit kann man schon eine ganze Menge anfangen. Für cs wird die Schallgeschwindigkeit bei der Auslaßtemperatur eingesetzt, also etwa 500 m/s, für n setzt man die Drehzahl ein, für die man das Drehmoment optimieren möchte. Der Winkel ~ wird bestimmt, indem man eine selbst gebastelte Winkelgradscheibe auf das Polrad steckt und schaut, um welchen Winkel man die Kurbelwelle drehen kann, während der Kolben den Auslaßschlitz freigibt. Strenggenommen darf dabei nur der Winkel vom Öffnen des Auslasses bis zum Schließen der Überströmkanäle berücksichtigt werden, damit die zurücklaufende Druckwelle noch Gelegenheit hat, den Zylinder zu "überladen", damit also der Rück-Druck längere Zeit wirken kann; das rückwärtige Einströmen des Frischgases benötigt schließlich auch seine Zeit. Als Ergebnis der ganzen Rechnung erhält man dann die Länge des Auspuffs, genauer gesagt, dessen Resonanzlänge.

Dieser Wert ist ein wirklich brauchbarer Richtwert, mit dem man viel anfangen kann; aber man braucht sich deshalb nicht an fünfzehn Nachkommastellen festzuhalten, denn obwohl die Rechnung mathematisch vollkommen exakt ist, birgt sie doch einige Ungenauigkeiten in sich. Es fängt an mit der Gastemperatur, die man nicht genau kennt und die sich auch noch während einer Resonanzschwingung ändert, und zwar bei niedrigen Drehzahlen stärker als bei hohen, wenn die Gase nicht so lange Zeit haben, sich abzukühlen. Und dann ist da noch die Frage, wo das Ende der Resonanzlänge genau zu finden ist. Das ist nämlich ein wenig Ermessensfrage. Das Druckmaximum wird sicherlich dann reflektiert, wenn die Druckwelle die nicht vorhandene, gedachte Spitze des Gegenkonus erreicht hat und versucht, sich durch das Endrohr zu zwängen. Andererseits werden aber bereits vorher die vielen "kleinen Druckwellen" zurückgesandt, die durch die konische Form entstehen. Man sollte deshalb am besten als Kompromiß das Ende der Reflexionslänge im hinteren Drittel des Gegenkonus ansiedeln, dann verschafft man sich auch gleichzeitig den Spielraum, Drehzahlen sowohl unter- als auch oberhalb der Resonanzdrehzahl zu bedienen.

Außerdem besteht ein Auspuff nicht nur aus der Resonanzlänge, sondern besitzt zusätzlich eine Fülle anderer Maße, die seinen Einfluß auf den Motor ebenfalls ganz erheblich bestimmen, die aber nicht so einfach berechnet werden können und deshalb trotz aller Wissenschaft zum großen Teil Erfahrungswerte bleiben. Sehen wir uns einmal an, was es da alles gibt:

Da ist zum Beispiel die Wirkung sowohl des Diffusors als auch des Gegenkonus um so ausgeprägter, je größer ihre Kegelwinkel sind, das heißt, je rascher sich ihr Querschnitt ändert. Leider sind sie bei stärkerer Wirkung auch mehr an eine bestimmte Drehzahl gebunden - oder können bei schwächerer Wirkung mehrere verschiedene Drehzahlen bedienen. Das liegt daran, daß die Zeitspanne länger wird, in der die Druckwellen entstehen, wenn der Gegenkonus bzw. der Diffusor länger werden, weil dann die Gase mehr Zeit benötigen, um durch sie hindurch zu strömen. Wenn die Wirkung aber über längere Zeit andauert, dann bedeutet das nichts anderes, als daß die Drehzahl stärker schwanken kann, ohne daß der Vorteil der kontrollierten Gasschwingung verloren geht: Das Drehzahlband, das durch die Resonanzschwingung unterstützt wird, wird verbreitert, der Drehmomentverlauf wird breiter - und natürlich auch flacher, denn die Intensität der reflektierten Druckwellen wird durch einen kleinen Diffüsor- bzw. Gegenkonuswinkel vermindert.

Des weiteren gibt es auch noch das zylindrische Rohr zwischen Konus und Gegenkonus. Es sollte nicht zu kurz sein, weil es sonst passieren kann, daß die Unterdruckwelle vom Konus und die Überdruckwelle vom Gegenkonus sich so dicht folgen, daß sie sich gegenseitig aufheben; dann funktioniert die Rückladung natürlich nicht. Deshalb soll sich das zylindrische Rohr etwa über 20 - 40 % der Strecke vom Konusanfang bis zum Gegenkonusanfang erstrecken. Der Gegenkonus sollte dann etwa halb so lang sein wie der Konus.

Die Fläche des Krümmerquerschnitts sollte um 10 - 20 % größer sein als die des Auslaßschlitzes, weil durch die Formänderung des Querschnitts vom Auslaßschlitz zum Krümmer gewisse Verluste auftreten und sich der Aus-laßkanal vom Schlitz zum Auspuff hin etwas verbreitern sollte. Durch die Länge des Krümmers kann in gewissem Maße der Drehmomentverlauf ge-ändert werden, weil sie die Zeit bestimmt, nach der die saugende Unter-druckwelle eintrifft. Für einen spitzen Verlauf sollte der Krümmer deshalb kürzer sein, seine Länge sollte dann etwa das 6 - 8fache seines Durchmessers betragen, für einen flacheren Verlauf etwa das 9 - 12fache. Die gesamte Resonanzlänge muß natürlich unabhängig von der Krümmerlänge den be-rechneten Wert behalten.

Auch das Endrohr wirft noch einige Probleme auf. Wenn sein Durchmesser zu klein wird, dann wird das ausströmende Gas behindert. Ist der Durchmesser aber zu groß, dann wird die Überdruckwelle nicht genug reflektiert. Als besten Kompromiß sollte er etwa 50 - 60 % des Krümmerdurchmessers betragen, viel kleiner darf er aber nicht sein, weil sonst ein für den Motor eventuell tödlicher Hitzestau entstehen könnte. Auch die Länge des Endrohres ist nicht ohne Bedeutung. An dem offenen Ausgang ins Freie entsteht nämlich - wie von offenen Rohrenden bekannt - auch eine Unterdruckwelle, die bei zu kurzem Endrohr direkt hinter der im Gegenkonus mühsam erzeugten Überdruckwelle herläuft und, wenn sie zu früh am Auslaßschlitz eintrifft, die "Turbo-Aufladung" wieder zunichte macht. Deshalb sollte die Endrohrlänge das ca. 12fache des Endrohrdurchmessers betragen.

Schalldämpfer

Damit sind wir nun bei einem recht heiklen Thema: dem Schalldämpfer. Es ist bekannt, daß er in Bastlerkreisen normalerweise als höchst störendes Subjekt angesehen wird. Bevor wir ihn von vornherein verdammen, sollten wir ihn einmal genauer betrachten. Er hat nämlich außer der Schalldämpfung noch eine weitere wichtige Funktion: In Serienmotoren wird die Reflexion der Druckwelle nicht durch den Gegenkonus ausgeführt, sondern durch ein Prallblech, das mit dem Schalldämpfer gekoppelt ist. Um genau zu sein: Der Schalldämpfer selbst ist das Prallblech.

Man sollte ihn ruhig einmal ausbauen und untersuchen. Auf der dem Auslaß zugewandten Seite besteht er aus einem konkaven (nach innen gewölbten) Blech, dem Prallblech nämlich, in dem sich einige Öffnungen befinden. Wenn das Altgas diese Öffnungen passiert, dann gelangt es über einige Winkel und Ecken in einen Beruhigungsraum, der von der Rückseite des Prallblechs und der Auspuffwand gebildet wird. Für das Gas ist es kein allzu großes Problem, diese Irrwege zu meistern; die Gaswellen aber tun sich aus-gesprochen schwer: Schon durch den Winkelweg werden sie weitgehend gebrochen, in dem Beruhigungsraum toben sie dann noch einige Male hin und her, indem sie von Wand zu Wand sausen, und sind danach, wenn sie ins Freie strömen, weitgehend verebbt.

Der Schalldämpfer ist demnach also besser als sein Ruf: Seine Leistung besteht nämlich, wie wir eben gesehen haben, darin, daß er nur die Gasschwingungen vernichtet, nachdem sie ihren Dienst getan haben - und die Gasschwingungen sind ja auch gleichzeitig Schallwellen. Dem Altgas aber ist es freilich gleichgültig, ob es nun schwingend oder gedämpft ins Freie gelangt. Und der erhöhte Strömungswiderstand, den der Schalldämpfer dem Altgasstrom entgegen stellt, kann durch einen vergrößerten Querschnitt ausgeglichen werden - Raumprobleme gibt es im Auspuff ja nicht.

Wird der Schalldämpfer aber einfach ganz ausgebaut, dann fehlt als Neben-effekt die Prallwand. Wenn jetzt die Reflexion der Druckwelle vom Diffusor übernommen wird, dann entsteht bei den Serienauspuffen das schon weiter oben beschriebene Problem des viel zu kurzen Endrohres: Die Gase strömen direkt hinter dem Diffusor ins Freie und reflektieren damit eine Unterdruckwelle, die die Überdruckwelle einfach aufhebt - die Resonanzaufladung ist damit dahin.

Nun befindet sich aber der Geheimtip im Umlauf, daß angeblich alles vom Mofa bis zum Motorrad schneller fahren soll, wenn der Schalldämpfer entfernt wird. Das erstaunliche dabei ist: Es stimmt auch. Bei gedrosselten Motoren, also Mofas, Mopeds und Leichtkrafträdern, ist das noch ziemlich leicht einzusehen. Dort sind ganz einfach die Durchlässe für den Altgasstrom viel zu klein - darin besteht nämlich meistens die Drosselung. Trotzdem wäre es aber wohl ziemlicher Unfug, die vielen Nachteile eines ausgebauten Schalldämpfers in Kauf zu nehmen, nur um etwas schneller fahren zu können.

Aber auch bei ungedrosselten Motoren soll eine Lärmbehandlung von dem Erfolg einer Geschwindigkeitserhöhung gekrönt sein. Auch das stimmt häufig; mißt man einen solchen Motor aber einmal durch, dann stellt sich heraus, daß die Leistungsspitze höchstens nur ganz minimal zugenommen, manchmal sogar abgenommen hat trotz größerer Höchstgeschwindigkeit. Des Rätsels Lösung ist aber auch in diesem Fall nicht schwierig: Durch die Auspuff-Abspeckung wurde die Leistungsspitze in etwas höhere Drehzahlen verschoben und das hat natürlich eine leichte Geschwindigkeitssteigerung zur Folge. Diesmal erfolgt die Verschiebung des Leistungsmaximums nicht aus Resonanzgrtinden, sondern weil das Entladen schneller vor sich geht; weil die Resonanz-Rückladung gleichzeitig abgeschwächt wird, steigt in diesen Fällen aber auch der Kraftstoffverbrauch ganz erheblich an. Das Drehmoment wird durch den fehlenden Schalldämpfer aber mit Sicherheit ziemlich überall verschlechtert, wodurch dem Motor dann jegliche Kraft in unteren Drehzahlen verloren geht. Spätestens dann, wenn man vor Bergkuppen von Kinderwagen überholt werden könnte, wird man diesen Zustand als ausgesprochen unbefriedigend empfinden zumal er eigentlich völlig überflüssig ist, denn er ließe sich ziemlich einfach vermeiden: mit Schalldämpfer und Prallblech.

Allerdings darf ein wesentlicher Nachteil des ,,Resonanzschalldämpfers" gegenüber einem echten Gegenkonus auch nicht verheimlicht werden: Er besteht darin, daß ein Gegenkonus eine langgezogene Druckwelle reflektiert, ein Prallblech dagegen nur eine kurze Druckspitze; und dieser Unterschied kann sich auf den Drehmomentverlauf ganz empfindlich auswirken.

Beschaffung eines Resonanzauspuffs

Woher bekommt man nun einen passenden Resonanzauspuff ? Die billigste Lösung ist wohl die, einen vorhandenen Auspuff umzubauen. Schon mit wirklich allereinfachsten Mitteln läßt sich da eine Menge machen: Die Resonanzlänge kann allein dadurch verändert werden, daß das Auspuffrohr weiter in den Resonanzraum hineingeschoben oder herausgezogen wird. Wenn das nicht funktioniert, dann kann es auch ohne Probleme gekürzt werden und das wird wohl meistens erforderlich sein. Wir erinnern uns: Kürzere Resonanzlänge bedeutet eine Verbesserung des Resonanzeffektes bei höheren Drehzahlen; das heißt Verlagerung des besten Drehmoments in höhere Drehzahlen, und das wiederum bedeutet letztendlich eine höhere Leistungsspitze und auch größere Endgeschwindigkeit.

In vielen Fällen bleibt bei leicht gekürztem Auspuffrohr sogar die Leistung in den unteren Drehzahlbereichen erhalten, besonders dann, wenn gleichzeitig zu kleine Querschnitte innerhalb des Auspuffs beseitigt wurden. Allerdings ist es nicht leicht zu sagen, welches der richtige Querschnitt ist; er hängt im wesentlichen vom notwendigen Auspuffvolumen und von der Fläche des Auslaßschlitzes ab. Aber diese Werte zu bestimmen, darin besteht die Schwierigkeit.

Viele kleine Motörchen, etwa aus Mofas, Rasenmähern oder ähnlichem, die sonst prächtige Eigenschaften mitbringen, besitzen häufig so etwas wie zugeschweißte Ravioli-Dosen anstatt eines Auspuffes. Da ist natürlich für einen Umbau Hopfen und Malz verloren! Das beste ist es hier, wie auch in vielen anderen Fällen, sich einen anderen, besser geeigneten Serienauspuff zu besorgen, was normalerweise weder besondere Schwierigkeiten noch Kosten verursacht, wenn man sich ein wenig umhört und nach einem gebrauchten sucht. Man muß dann aber auch darauf achten, daß das Auspuffvolumen genügend groß ist.

Wer aber seinen Motor für anspruchsvollere Einsatzgebiete herrichten möchte, zum Beispiel für schwierigere Geländeeinsätze oder Wettbewerbe, der wird mit solch einfachen Mitteln ganz gewiss nicht auskommen. Für ihn gibt es noch zwei weitere Möglichkeiten: Die bei weitem teuerste Lösung ist wohl die, einen fertigen Rennauspuff zu kaufen; Bezugsquellen finden sich am Ende dieses Buches.

Selbstbau eines Auspuffs

Die ganz eingefleischten Meisterbastler, aber auch wirklich nur die, haben die Möglichkeit, sich den ganzen Auspuff selbst zu bauen. Solch ein Gerät eignet sich aber natürlich nur für den Renneinsatz.

Strömungswiderstände im Auspuff

Weil sie wohl für jeden, der entweder einen Auspuff basteln oder einen alten umbauen möchte, interessant sind, wollen wir sie uns hier kurz anschauen. Eigentlich sollte man sie in diesem Fall sogar eher "Schwingungswiderstände" nennen, denn ihre größte Untugend besteht darin, daß sie die sorgsam erzeugten Gasschwingungen beeinträchtigen - dämpfen, um das korrekte Wort zu verwenden wogegen sie die Gasströmung selbst weniger stark behindem können, weil im Auspuff wegen des großen Querschnitts eine ziemlich geringe Strömungsgeschwindigkeit herrscht.

Bei dem Ziel, die Schwingungen zu schützen, ist es die erste Aufgabe, von der erwünschten Hauptschwingung sich einschleichende Nebenschwingungen fernzuhalten. Sie entstehen an Kanten und dergleichen, und zwar als Randreflexionen. Deshalb sollte der Querschnitt eines Auspuffs immer keisrund sein, was zum Glück auch am einfachsten herzustellen ist - ein seltenes Ereignis! Dafür wird es an anderer Stelle wieder um so kniffliger: Wir wissen, daß Knicke in Kanalwandungen immer Wirbel verursachen und damit der Strömung, oder in diesem Fall eben den Schwingungen, schaden. Ein Auspuff ist nun aber, zumindest so wie wir ihn bisher kennen, eine äußerst eckige Angelegenheit, die es unbedingt zu verrunden gilt.

An Ecken bilden sich Wirbel, und die Resonanzwellen werden gebrochen.

Man sieht hier schon, worauf es ankommt. Bei maschinell hergestellten Auspuffen kann die zweite, strömungsgünstige Form ziemlich gut eingehalten werden; bei selbstgebauten ist das dagegen nur dann möglich, wenn man Technik des Metalldrückens beherrscht und Zugang zu einer Drehbank hat, die dafür erforderlich ist. In diesem Fall kann man den Auspuff mit der gleichen Technik bauen wie man Trompeten herstellt.

Ohne Drehbank ist die Herstellung der stömungsgünstigen Form jedoch nicht möglich, weil ein Blech nur in einer Richtung gebogen werden kann, niemals in mehrere gleichzeitig. Wer es nicht glaubt, kann einmal versuchen, einen ideal geformten Auspuff, oder auch eine Kugel, aus einem Blatt Papier zu kleben, ohne es zu zerschneiden. Deshalb sind viele selbstgebaute Auspuffe auch nicht besser als gute Serienauspuffe. Aber man kann bei den Selbstbau-Auspuffen der Strömung wenigstens etwas unter die Arme greifen, indem man einen starken Knick durch mehrere schwächere ersetzt. Dafür werden einfach einige konische Rohrstücke hintereinander gereiht und so die rundliche Form ein wenig angenähert, aber ohne daß ein Blech in zwei Richtungen gleichzeitig gebogen werden müßte:

Die Rundung kann durch aufeinanderfolgende konische Rohre angenähert werden.

Bedauerlicherweise bedeutet dieser - leider unerläßliche - Schritt ein ziemliches Mehr an Arbeitsaufwand. Aber wenn man schon dabei ist, dann sollte man auch darauf achten, daß der Übergang vom Auslaßschlitz über den Auslaßkanal im Zylinder zum Krümmer hin möglichst günstig geformt ist, das heißt, sich zum Auspuff hin konisch erweiternd. Man schlägt damit gleich mehrere Fliegen mit einer Klappe: Es nimmt dann nämlich nicht nur der Strömungswiderstand ab, sondern auch die Saugwirkung des Diffusors beginnt früher, wodurch der Zylinder rascher entleert wird.

Und nun wieder der übliche Hinweis: Die gesamte bisher geschilderte Theorie muß natürlich bekannt sein, wenn man einen Auspuff auf einen Motor abstimmen möchte; aber die endgültige Feinarbeit entsteht auch hier nur durch eigene Versuche, bei denen dann die letzten Zentimeter der Resonanzlänge, der optimale Krümmerquerschnitt usw. ausgetüftelt werden müssen.

Konstruktion der Blechsegmente

Wer über genügend handwerkliches Können verfügt und sich gleich daran machen möchte, einen eigenen Auspuff als Prototyp zu bauen, der wird auf eine Frage stoßen, die den Tatendrang unvermittelt stoppen könnte: Welche Formen müssen eigentlich die Blechteile haben, aus denen man die konischen Einzelteile des Auspuffs bilden kann? Das Konstruktionsprinzip hierfür ist ziemlich knifflig, läßt sich aber leicht anwenden, wenn man es einmal kennt.

Von dem zu bauenden Konus müssen folgende Maße bekannt sein: der (halbe) Konuswinkel b , der Öffnungsradius R der großen Öffnung und der Radius r der kleinen Öffnung. In der Aufsicht auf den Konus (d.h. in seiner Projektion auf die Ebene) handelt es sich dabei um folgende Größen:

Der zu bauende Konus in der Aufsicht.

Falls der Winkel b nicht bekannt ist, sonder statt dessen nur die Länge des Konus und die beiden Öffnungsradien, so kann man den Winkel leicht durch folgende Beziehung errechnen:

Um die Form des Blechstücks zu konstruieren, aus dem man den Konusrollen kann, schlägt man nun zwei Halbkreise um den Punkt A, der im Schnittpunkt der verlängerten Längsseiten der Projektion des Konus liegt. Der äußere der beiden Kreise geht durch die äußeren beiden Eckpunkte der Konusprojektion, B und C, der innere Kreis geht durch die Punkte D und E:

Konstruktion des Blechsegments, das aufgerollt genau den
gewünschten Konus ergibt.

Die gezogenen Halbkreise müssen jetzt noch so zu Kreissegmenten ergänzt werden, daß die Bogenlänge des aufgerollten Kreissegments gerade gleich dem Durchmesser des Konus R ist (die Botenlänge ist in der Zeichnung durch den gestrichelten Doppelpfeil oben rechts eingezeichnet). Diese Bedingung ist dann erfüllt, wenn die Bogenlänge des Kreissegments das p fache des Konusradius beträgt, also wenn gilt: Bogenlänge = R p Da ein Kreisbogen nicht gerade ist, kann man dies nicht einfach durch Ausmessen mit einem Zentimetermaß erreichen. Eine Hilfslösung besteht darin, ein Meßrad zu verwenden, wie man es für die Streckenmessung auf Landkarten benutzt - man kann aber auch aus 3 den Winkel a ausrechnen. Da die folgende Vorgehensweise für den inneren und den äußeren Radius gleich sind, wird hier nur die Methode für den äußeren beschrieben.

Da die Bogenlänge des Kreissegments gleich R p sein soll, gilt offenbar folgende Beziehung:

was sich leicht nach a auflösen läßt:

Um hiermit etwas anfangen zu können, braucht man noch die Größe L, die sich aber leicht bestimmen läßt, da

Dieses Ergebnis kann man in die vorausgegangene Gleichung einsetzen und erhält:

Und das ist auch schon das Ergebnis: Genau diesen Winkel muß das Kreissegment haben, das aufgerollt genau den gewünschten Konus ergibt. Aber aufgepaßt: Es handelt sich dabei um das halbe Kreissegment, das spiegelsymmetrisch auf der anderen Seite ebenfalls aufgetragen werden muß, da wir jeweils mit 3, also dem halben Konuswinkel gearbeitet haben. Für den ganzen Konuswinkel, nennen wir ihn d , lautet die Beziehung:

Das entstehende Blechstück hat dann folgende Form:

Die schraffierte Fläche ergibt aufgerollt genau den gewünschten Konus.

Zum Abschluß noch ein handwerklicher Tipp: Um die so entstandenen Blechsegmente rund zu formen, so daß sich konische Rohre ergeben, geht man am besten folgendermaßen vor: Man spannt ein stabiles Rohr derart in den Schraubstock ein, daß ein Ende waagerecht lang heraussteht. Dieses Rohr soll etwas dünner sein als der kleinste Durchmesser des zu bauenden Konus. Dieses Rohr dient dann als Form, um die herum man das vorher zurechtgeschnittene Blechteil herumwickelt und so den Konus formt. Anschließend muß der Konus nur noch zugeschweißt werden.