Hochauflösende FLIR-Kamera bringt Wissenschaft auf die Rennstrecke

Vorwärmsysteme für Motoren entwickeln sich zunehmend zu einem wertvollen Gut und sogar zu einem Wettbewerbsvorteil auf den heutigen Rennstrecken. Zahlreiche Rennprofis kennen den Wert dieser Technologie, denn sie hilft ihnen, Motorverschleiß, schlechte Leistung auf der Strecke und sogar Geldverluste zu vermeiden. Hot Products Engineering, ein US-amerikanischer Hersteller von Vorwärmmotoren, setzt sich intensiv für die Vermittlung von Informationen zum Thema Motorvorwärmung ein. Das Unternehmen verwendet inzwischen auch Wärmebilder, die von einer FLIR-Kamera aufgenommen wurden, um den Wert seiner Produkte zur Motorvorwärmung aufzuzeigen.

Das Aufwärmen des Motors ist eines der wesentlichen Rituale, die jeder Motorsportler vor dem Start durchführt. Bis vor kurzem bedeutete dies bei vielen Rennsportarten (Kart, Drag Racing usw.) nur, den Motor kalt zu starten und auf Touren zu bringen. Abgesehen von Lärm, Risiko und Gestank ist ein Kaltstart eines Rennmotors trotz vorhandener Alternativen stets eine schlechte Entscheidung, da er mit metallischer Reibung, unzureichender Verbrennung und der Verwendung von teurem Rennkraftstoff zum Aufwärmen verbunden ist.

Das Aufwärmen des Motors ist eines der wesentlichen Rituale, die jeder Motorsportler vor dem Start durchführt.

Vorwärmen von Motoren

Eine allgemein akzeptierte Lösung für dieses Problem an anderer Stelle im Autorennsport ist die Verwendung eines Motorvorwärmsystems. Bei dieser Methode werden mithilfe eines kleinen, leisen Generators und der Verbrennung von kostengünstigem bleifreiem Kraftstoff exakte Temperaturen erzeugt und aufrechterhalten. Vor zehn Jahren gründete Pete Davis nach rund dreißig Jahren Tätigkeit als Feinmechaniker bei einem nationalen Labor in Livermore im US-Bundesstaat Kalifornien die Hot Products Engineering Inc. und begann mit der Entwicklung und Lieferung von Vorwärmprodukten für den Motorsport. Inzwischen werden seine Hot Head Motorheizungen von Rennteams auf der ganzen Welt eingesetzt. Durch die Kombination seines technischen Hintergrundwissens und seiner eigenen Rennerfahrung hat Davis nun eine neue Produktlinie entwickelt, die den so genannten „Blue Collar“-Rennfahrern dieselben Vorteile bietet, auf die auch andere moderne Rennteams – Indy Car, Le Mans und CCA – sich verlassen. Heutzutage werden die Systeme von Hot Products Engineering von renommierten Teams aus den Rennserien NASCAR, American LeMans, MSA, IndyCar, World of Outlaw Sprint & Dirt Late Model, USAC, IMCA, SCORE, 600 Micro-sprint, Bonneville und AMA Motocross eingesetzt und geschätzt.

Die Vorteile des Vorwärmens

Rennwagenmotoren erreichen ihre Spitzenleistung erst bei einer ganz bestimmten Temperatur. Ein Motorvorwärmer sorgt dafür, dass sich der Motor stets innerhalb dieses Temperaturbereiches befindet, sodass von Anfang an maximale Leistung zur Verfügung steht. Diese Idealtemperatur hängt stark von der Art des zu fahrenden Fahrzeugs ab. Die Motortemperatur wirkt sich nicht nur auf die Rennleistung aus, ein unzureichend erwärmter Motor kann auch zu einem kältebedingten Motorausfall führen, wodurch ein Fahrer das Rennen nicht einmal beenden kann. Darüber hinaus können Kaltstarts zu einem erheblichen Motorverschleiß führen. Durch das Vorwärmen können Rennteams bares Geld einsparen und gleichzeitig den Motorverschleiß reduzieren, teure Umbauten vermeiden und das Risiko eines kostspieligen Kaltkolbenfressers praktisch ausschließen.

Lineare Wärmeausdehnung

Bei der Motorerwärmung dreht sich alles um das Konzept der linearen Wärmeausdehnung. Ein Motor besteht aus den unterschiedlichsten Materialien. Der Kolben besteht aus einer bestimmten Art von Aluminiumlegierung, der Zylinder aus einer anderen Art von Aluminiumlegierung, die Ringe aus Gusseisen oder Stahl, die Ventile aus Stahl, Edelstahl oder Titan und die Führungen aus einem völlig anderen Material. Sobald der Motor gestartet ist, beginnen sich diese Komponenten beim Hin- und Herbewegen durch Verbrennung und Reibung zu erwärmen. Keines dieser Materialien ist wie das andere, und deshalb dehnen sie sich bei Erwärmung aus oder ziehen sich zusammen, wenn sie unterschiedlich schnell abgekühlt werden. Diese Wechselwirkung zwischen Material und Temperaturänderung ist vorhersehbar und linear. Beim Start eines kalten Motors erwärmt sich der Kolben und dehnt sich zuerst aus. Die Wärme wird vom Kolben auf die Ringe und dann auf die Zylinderwand übertragen. Wenn ein Motor auf Touren gebracht wird und dadurch zahlreiche Verbrennungszyklen entstehen und die Reibungsfrequenz zu früh erhöht wird, dehnt sich der Kolben wesentlich schneller aus als der Zylinder. Wenn der Abstand zwischen Kolben und Zylinder nicht ausreicht, um dieses Wachstum zu kompensieren, könnte der Motor darunter leiden – dies wird als Kältefresser bezeichnet. Durch das Aufwärmen des Motors vor der Fahrt können sich alle Komponenten des Motors langsam ausdehnen und stabilisieren. Sobald der Motor erwärmt ist, verändern sich die Abmessungen der Motorteile weniger drastisch und das Risiko, den Motor zu beschädigen, ist deutlich geringer.

Ein Wärmebild eines Vorwärmers, der einen 600ccm-Rennmotor erwärmt.

Die Wärmebilder der FLIR SC6700 zeigen deutlich, wie sich die Temperatur langsam aufbaut und exakt zwischen 57 °C und 99 °C aufrechterhalten wird.

Wissenschaftlich fundierte Technik für die Dragsterrennstrecke

Bei einer Versuchsanordnung entlang einer Dragsterrennstrecke wurde eine FLIR SC6700 verwendet, um das Ergebnis eines Hot Head DragPro Wettkampf-Motorheizers zu erfassen. Die Wärmebilder der FLIR SC6700 zeigen deutlich, wie sich die Temperatur langsam aufbaut und exakt zwischen 57 °C und 99 °C aufrechterhalten wird. Diese Versuchsanordnung kommt nicht von ungefähr. Aufgrund seines beruflichen Werdegangs und seiner Erfahrung, die er beim nationalen Labor in Livermore sammeln konnte, ist dem Gründer von Hot Products Engineering, Pete Davis, die Leistungsfähigkeit der Wärmebildtechnik nicht unbekannt: „Ich habe Wärmebildkameras bereits verwendet, bevor ich Wärmemuster in einem forschungs- und entwicklungstechnischen Kontext untersucht habe, also wusste ich, dass diese Kameras Dinge sehen können, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind.“

Als Pete Davis ein Unternehmen gründete, das Motorvorwärmsysteme herstellt – ein Produkt, das offensichtlich ein temperaturbedingtes Problem für seine Kunden löst – wusste er, dass die Wärmebildtechnik in der Lage sein würde, Rennsportprofis den Nutzen eines Vorwärmsystems aufzuzeigen. „Wir erschließen ständig neue Märkte für unsere Motorvorwärmsysteme und müssen unsere Kunden ständig über den Wert unserer Produkte informieren. Die Wärmebildtechnik ist uns hierbei eine große Hilfe. Wir verlassen uns weitgehend auf die Bilder, die wir mit der FLIR SC6700 aufgenommen haben“, so Pete Davis weiter. „Früher hatten wir keine visuellen Informationen über die Effizienz unserer Produkte, bis wir diese Wärmebildkamera benutzten.“

„Die Aufnahmen der FLIR-Kamera helfen uns zudem bei der Schaffung unseres Firmenimages als wissenschaftsbasiertes Unternehmen. Hot Products Engineering (HPE) hat seinen Sitz in Pleasanton im US-Bundesstaat Kalifornien, direkt gegenüber den großen Universitäten, den nationalen Laboratorien und dem Silicon Valley. Dieses Umfeld spielt eine wichtige Rolle bei der effizienten Entwicklung
unserer Produkte.

Arbeiten mit der FLIR SC6700

Die Kameras der FLIR SC6000-Serie liefern extrem schnelle und hochauflösende Bilder in einem benutzerfreundlichen und dennoch flexibel konfigurierbaren Paket für nahezu jede Anwendung im Bereich Forschung und Wissenschaft. „Die Wärmebilder der FLIR SC6700 zeigen die Wärmeentwicklung des Motors sehr detailliert“, sagt Pete Davis. „Die FLIR-Kamera ist sehr fortschrittlich, aber dennoch einfach zu bedienen und gibt die von ihr erfassten Informationen rasch an den Benutzer weiter. Darüber hinaus bietet die FLIR SC6700 nach der Bildaufnahme viele Möglichkeiten, um die aufgenommenen Wärmebilder zu visualisieren, zu analysieren oder zu bearbeite.“