Nachfolgend ein paar Gedanken zur Lagerung von Klima-Motoren - auf die Gefahr hin, dass ich mich wiederhole und es irgendwo schon einmal geschrieben habe. Kommentare und Berichtigungen sind willkommen.
Kurzfassung: Eine Auswertung der Schubkurve eines Klima-Motors gibt Hinweise auf einen starken Einfluss des Brennkammerdrucks auf die Abbrandgeschwindigkeit des Treibstoffs. Mechanische Beschädigung des Treibstoffblocks, eine Ablösung des Treibstoffblocks von der Hülsenwand (durch Schläge oder Stöße) und eine hohe Feuchtigkeitsaufnahme der Papphülse müssen vermieden werden, da es ansonsten zu einer Fehlfunktion des Motors kommen kann. Zu empfehlen ist eine erschütterungsfreie, temperaturkonstante Aufbewahrung der Klima-Motoren bei einer Luftfeuchtigkeit um 30 %. Mehr Details: Vor ein paar Tagen habe ich einige Klima D3-P getestet. Hier ein Schubdiagramm (niedrige Sample-Rate, das Wesentliche ist aber erkennbar):
Man kann deutlich Schubschwankungen erkennen, die im statischen Test auch hörbar sind. Ich vermute, die Schwankungen sind darauf zurückzuführen, dass der Treibstoff in mehreren Chargen in die Papphülse eingepresst wird und entsprechend eine schwankende Dichte aufweist. Viel interessanter ist aber, wie stark die Schwankungen nach dem Startpeak sind: von 2 N bis 4 N - eine glatte Verdopplung, obwohl die Abbrandgeometrie in diesem Bereich nahezu unverändert sein sollte.
Was heißt das in der Praxis? Sehr kleine Änderungen (z.B. unterschiedlicher Pressdruck bei der Herstellung) im Treibstoffblock haben starke Auswirkungen auf die Abbrandgeschwindigkeit und damit auf den Druck im Inneren der Motorhülse. Die Ursache ist die Treibstoffzusammensetzung, die von Schwarzpulver deutlich abweicht. Der verwendete Oxidator führt nicht nur zu einer erheblichen Leistungssteigerung des Treibstoffs gegenüber Schwarzpulver, er führt auch zu einem höheren Druckexponenten, was den Treibstoff anfälliger für Unregelmäßigkeiten im Treibstoffblock macht.
D.h. ein kleiner Riss im Treibstoffblock wird zu einer größeren Abbrandfläche führen, die eine höhere Menge verbrannten Treibstoffs pro Zeit zur Folge hat, was zu einer Erhöhung des Brennkammerdrucks führt, was zu Folge hat, dass die Abbrandrate steigt, was zu Folge hat, … dass die Papphülse irgendwann dem Druck nicht mehr gewachsen ist und aufreißt. Alternativ kann es passieren, das die Düse ausgeworfen wird, was eine Folge der Ausdehnung der Papphülse unter Druck sein könnte.
Nicht ohne Grund verwendet Klima spezielles, sehr reißfestes Papier für die Motorhülsen. Unter normalen Umständen sollte die Hülse dadurch genug Reserven haben, um unvermeidbare Druckschwankungen (Pressung) aufzufangen. Da liegt aber ein weiteres Problem: Papier besteht überwiegend aus Cellulose.
Cellulose ist ein Molekül mit vielen OH-Gruppen. Der Zusammenhalt der Cellulosefasern im Papier entsteht durch die Ausbildung von Wasserstoffbrücken zwischen diesen OH-Gruppen beim Trocknen des Papierbreis. Wird das Papier allerdings feucht, schieben sich Wassermoleküle zwischen die OH-Gruppen und bilden ihrerseits Wasserstoffbrücken zu ihnen aus. Das bedeutet, dass nun die Cellulosefasern sehr viel schwächer aneinander haften (kann man einfach ausprobieren: Ein Blatt Papier anfeuchten und daran ziehen): Das Papier verliert an Zugfestigkeit. Zusätzlich „arbeitet“ Papier, wenn es mehrfach hintereinander Feuchtigkeit aufnimmt und abgibt. Dadurch kann es zu Formänderungen kommen - bei Modellraketenmotoren im ungünstigsten Fall zu einem Spalt zwischen Treibstoffblock und Motorhülse.
Es ist dafür nicht nötig, dass das Papier (oder die Pappe einer Motorhülse) regelrecht „nass“ wird, auch die Aufnahme kleiner Mengen Wasser, z.B. bei Aufbewahrung unter hoher Luftfeuchtigkeit (Keller…), reicht aus, um die mechanischen Eigenschaften von Pappe/Papier zu verändern. Dieser Änderung der Eigenschaften kann man mit Additiven (z.B. Kunstharzen) entgegenwirken, ganz vermeiden kann man sie aber bei Motorhülsen nicht, weil durch einen zu hohen Anteil an Kunstharzen das gutmütige Verhalten des Papiers bei Versagen (keine scharfen Kanten, keine Splitterbildung) verlorenginge.
Mit den Klima-Motoren stehen damit günstige Treibsätze mit einem (für Modellraketenmotoren) ausgesprochen hohen spezifischen Impuls zur Verfügung, die aber m.E. mit Bedacht gelagert werden sollten:
a) Es sollte darauf geachtet werden, dass die Motoren nicht auf harten Boden fallen oder anderweitig starken Erschütterungen ausgesetzt sind, da dadurch Risse im Treibstoffblock entstehen können.
b) Um die Festigkeitswerte der Papphülse zu erhalten, sollten die Motoren temperaturkonstant (um 20 °C) bei niedriger Luftfeuchtigkeit (30 %, z.B. über Silica-Gel) aufbewahrt werden.
14. November 2026 um 20:21]
