 Nimbuslitteratur © 2024 Niels Øwre |
Rundt og rundt, op og nedEn beretning om drejeventiler.Al Verdens motorkonstruktører har, lige siden Århundredets begyndelse, drømt om at blive fri for “Tallerken- ventilen”. Mange fantasifulde konstruktioner har set dagens lys, -nogen så komplicerede, at det skabte flere problemer end den forhadte tallerkenventil selv. Navne som Aspin, Cross, Bond, Bar&Stroud samt den legendariske “Cannonball Baker”. Men også Fisker & Nielsen, sættes i forbindelse med forsøg på at løse dette problem. |
| De mange patenter. Der er blevet patenteret utallige konstruktioner, som alle på det pågældende tidspunkt blev udråbt til at være LØSNINGEN, men på en eller anden måde er de forsvundet ud i glemselens tåger, når nyhedens interesse havde lagt sig. Kun enkelte er kommet så vidt at de er blevet afprøvet i et mc-stel på landevejen, som prototyper. Det er især i England og USA at der har været forsøgt, samt i Italien og Belgien. Danmark har dog også været med, for Anders Fisker og prøvemester Rasmussen udtog den 29/10-1956 patent på en drejeventil mekanisme som nok var det bedste bud på en løsning indtil det tidspunkt. For at læseren kan følge med i den videre udredning, skal vi nedenfor forklare arbejdsgangen i en sådan drejeventil. Vi forudsætter dog at man er bekendt med funktionsgangen i en almindelig motor, som f.eks. den vi finder på NIMBUS mod. C. Principet. Principet efter hvilket en drejeventilmotor fungerer, er på uforlignelig vis gjort let fatteligt af Knud Jørgensen, som i tegneserie form har vist hvordan det virker: I rubrik 10 og 11 er funktionsgangen vist med stilling af drejeventilen i de typiske punkter for hhv. indsugning (10) og udblæsning (11). Dette princip med en valse hvori der er lavet udskæringer, er dét som de fleste konstruktører har forsøgt sig med, og må vel retfærdigvis kaldes Crossventilen, selv om Jean Van Der Elst fra Belgien fik Amerikansk patent på noget lignende 23/12-1932, ca. 1 år før den engelske opfinder Roland Cross. Men Elst’s ventil kom ikke ud at køre, og han redegjorde ikke for, hvorledes den skulle holdes tæt. Cross monterede i 1934 sin drejeventil på en 250 ccm 1 cylindret Rudge motor. Systemet blev også anvendt af englænderen J. Brown i 1938. I 1943, 28. Januar helt præcist, udtog Amerikaneren Erwin G. “Cannonball” Baker patent på en drejeventil, også udformet som en valse. Ventilmaterialet var kul (Carbon)! Forinden havde han i Juni 1941 gennemført et såkaldt “Cross-Country-Run”, dvs et løb fra kyst til kyst i USA kontrolleret af A.M.A. som er/var den amerikanske motorforening. Ventilen var bygget på en formentligt selvfremstillet cylinder, som var sat på krumtapshuset af en 500 ccm Harley Davidson, anbragt i stellet fra en Indian Sports Scout. Gearkasse og kobling var Indian. Ventilen blev trukket af en uafdækket kæde. Det hævdes at han gennemførte løbet uden problemer af nogen art. Mærkværdigvis blev patentet ikke taget op af den amerikanske hær, fåde eller luftvåben, hvilket ellers ville have været en guldgrube mht. udvikling og indtjening på et tidspunkt hvor amerikansk industri gearede op i forbindelse med den 2.den Verdenskrig. Man kunne forledes til at tro, at der alligevel har vist sig uheldige bivirkninger ved Bakers motor. Et beslægtet system, kaldet gliderventiler blev lavet i 1920 af Barr & Stroud i England. De havde inden i cylinderen anbragt et skørt (rør) som via en slags stempelringe var i kontakt med cylinderen til den ene side og motorens stempel bevægede sig så op og ned på indersiden af skørtet. Via en excentrik blev der frembragt delvist en roterende samt op- og nedgående bevægelse af skørtet, som var forsynet med slidser for indsugning og udblæsning. Dette system var meget driftsikkert, men var også meget dyrt at fremstille. Det blev indtil 1924 anvendt af en række små exclusive engelske MC fabriker, hvis kunder havde tegnebogen i orden. Systemet blev under 2.den Verdenskrig taget op af Napier-Bristol fabrikerne til bl.a. Jagerflyet Napier-Sabre som, med 5.500 hk var det kraftigste jagerfly med stempelmotor og propel, som nogensinde har været bygget. Bristol Centaurus transportflyet havde mindre effekt, men kunne flyve sentationelle 3.500 timer imellem serviceoverhalingerne. I perioden 1951-1953 havde Laurie Bond (Bond-minibilens konstruktør) overtalt Nortons Udviklingschef Joe Craig til at udvikle en Motorcykle med drejeventil efter Cross-principet. Selv med hele Nortons apparat i ryggen lykkedes det “kun” at få 47 hk ud af en 500 ccm modificeret standardmotor, hvilket var mindre end man til racerbrug fik ud af en almindelig OHC-motor. I tilgift var drejeventilmotoren væsentligt mere upålidelig, -der var stadigvæk problemer med at holde ventilen olietæt. Problemet var, at de varierende temperaturer som valsen blev udsat for i forbindelse med hhv indsugning og udstødning. bevirkede uens udvidelse af valsen som jo var af stål (bortset fra Baker’s). Tætning af Crossventilen blev forsøgt med stempelringe af stål samt en del andre materialer, men ingen holdt i længden. Efter at have brugt et astronomisk beløb på sagen, opgav Norton projektet. Andre Principer for drejeventiler. Ud over systemet med den cylindriske valse med udskæringer, så var der også et system med koniske drejeventiler, som i 1937 blev udviklet af englænderen Frank Aspin. Retfærdigvis skal det siges, at ideen med en konisk ventil allerede blev patenteret i USA 19/1-1915 af Brdr. Heymann. Patentet foudsatte at ventilerne skulle lejres i grafit, men da man dengang ikke havde tænkt på topventilede motorer endnu, så var ventilsystemet anbragt på siden af cylinderen både på den 1 og 2 cylindrede udgave som er skitseret i patentet. Det vides ikke om dette patent nogensinde gik fra papiret og over i praktisk anvendelse. Frank Aspin hævdede i 1937 at han kunne få 35 HK ud af en 350 ccm motor, og at han allerede havde fået en 250 ccm motor til at yde 27 HK ved 12.000 omdrejninger og et kompressionsforhold på 17:1. Og ved kompressionsforhold 12:1 havde han fået 10.000 omdrejninger ud af det. Men i kontrollerede forsøg var motoren aldrig i stand til at yde mere end 18 HK og 5.200 omdrejninger per minut. Aspin forsøgte at få Velocette fabriken med på idéen, men efter nogle få forsøg, hvor en 350 ccm motor ikke kom op på mere end 22HK, stoppede man. Phil Irving fra Velocette antydede kraftigt at årsagen til at Aspin nåede sine astronomiske omdrejninger var anvendelsen af en odrejningstæller, med forkert udvekslingsforhold !! Aspin motoren var desuden lige så utæt, som de andre drejeventil systemer, og røg som en skorsten. Men når den var igang var den lydsvag og havde fuldt moment fra meget lave omdrejninger. Løbsdeltagelse i 1935 TT. Roland Cross forsøgte at få en maskine med i alle 6 klasser i 1935 TT-løbet i England, men blev ikke færdig med flere end en 250 ccm og en senior 500 ccm. Den lille maskine kunne ikke kvalificere sig (for lidt fart), så det var kun den store maskine som kom til at deltage, og det ovenikøbet med reserverytteren. Det sidste skyldtes at den engagerede stjernekører Les Martin blev skadet under træningen. Martin var standset i et sving fordi hans maskine var gået i stå, men da maskinen havde udlagt så kolossalt et røgslør på grund af olie fra ventilen som blev forbrændt sammen med brændstoffet, var han skjult af røgen og han blev påkørt af en anden rytter. Reserven gennemførte 1 omgang som nr. 23, og på¨2. omgang trak han sig ud med tilsodet tændrør. Dette siger egentligt alt om drejeventilen: det var umuligt at holde den olietæt, hvorfor den brugte en mængde olie som den forbrændte og udlagde agter som røgtåge. Det eneste fordelagtige man kunne sige var, at den var væsentligt mere lydsvag end de konventionelle motorer. Wankel og drejeventilerne. Sidst i 1930-erne arbejdede Felix Wankel via sit Wankel-Institut, for Mercedes-Benz på drejeventiler til flymotorer som i en vis udstrækning blev anvendt i tyske fly under krigen. Fisker & Nielsen havde også en motor som baserede sig på Wankels princip på tegnebordet. Vi har en kopi af tegningen i DNT’s arkiv, men den er aldrig blevet tegnet færdig. Den er fra 5/4-59 og i forhold til den kendte motor, fylder Wankelturbinen med svinghjulshus under det halve i længden og endnu mindre i højden! Den tegnede motor er med kun 1 kammer, og har en cirkulær rotor med 4 (!) lameller, hvor NSU’s RO-80 personbil havde en trekantent rotor med altså kun 3 lameller. Til gengæld havde bilmotoren så 3 kamre. Man kan gætte på, at Fisker & Nielsen overvejede at bruge motoren med forskelligt antal kamre til små og store motorcykler. I DNT’s arkiv findes der bl.a. billeder af motorcykelmodeller helt ned til cykler på størrelse med en Jawa eller DKW, hvor en 1-kamret Nimbus-Wankel motor kunne være passende. Nimbus med drejeventiler. Som man vil forstå af det foregående, så var det ikke muntre erfaringer der blev gjort med drejeventilen, f.eks døde englænderen Ted Mellors af kulilteforgiftning i sin garage i 1946. Han fik aldrig afprøvet om hans idé fra 1940 ville løse problemet. I 1955 så det ud som om der ikke var flere som ville vove halsen, - det vil sige: lige bortset fra Anders Fisker og Prøvemester Rasmussen. Den 2.den Februar 1955 indgav man patentansøgning for dansk patent på en drejeventil. Baggrunden er vist bekendt for de fleste, men for en ordens skyld: Anders Fisker var ramt af sygdommen dissemineret sclerose, men arbejdede sammen med Rasmussen og nogle få medarbejdere på at udvikle Nimbusmotoren og Nimbusstellet. Det var en lille gruppe som arbejdede for sig selv i et særligt område på fabriken. Der var ikke megen udskiftning, f.eks. kan man se på signaturen, at det er den samme tegner, som har tegnet Wankel-Nimbus motoren, prototypen med sving gaffel i for og bag, samt drejeventilmotoren. Fisker og Rasmussen kendte selvfølgeligt til alle de tidligere mislykkede forsøg, men det afskrækkede dem ikke, for ret beset havde F&N også et problem af dimensioner, for Nimbus’ens motorkonstruktion var stærkt bedaget, -selv om den stadigvæk var en driftsikker og solid maskine. Af DNT’s tegningsarkiv kan man tydeligt se, at fabriken i 1938 og 1939 havde færdigprojekteret den ny motor til Nimbus: Projektet hed MC100. Den nye motor løste alle de småting vi går og ærgrer os over i dag, og ventilerne var bygget ind i et lukket hus med kædetrukket knastaksel, dynamoen anbragt foran krumtappen i direkte indgreb og tændingsanlægget bag på knastakselhuset Jeg vil gætte på, at vi havde set denne motor i produktion, hvis ikke krigen var kommet. Det bedste indtryk man kan få, er at se på billederne af den 2 cylindrede prototype, som er en halv MC100. Men i 1955 var det ikke nok, man ville gå endnu mere radikalt til værks, idet man ville afskaffe de forhadte tallerkenventiler. Hvis man erstattede ventilarrangementet på MC100 motoren med et drejeventilsystem, ville man have en på alle måder nyskabt motor, hvis konstruktion ville være gangbar i mange år frem. Når man ser på detaljerne på tegningerne, er det tydeligt, at F&N godt var klar over hvor det er/var galt på den nuværende/gamle motor. De irriterende olie lækager ved gearkasse, dynamohals og ånderør var blevet forsynet med effektive tætningssystemer, og oliepumpen var omkonstrueret, ligesom det bageste hovedleje var lavet om til glideleje som blev tryksmurt. Lejet var også fuldstændigt tætnet ind mod koblingen med en slags simerring. Men MC100 projektet er faktisk så interessant, at den har fået sit eget kapitel, se side 82. Elektrografiteret Kul blev løsningen. Det var ikke noget problem med selve udformningen af ventilen. Det blev en Cross-type, som simpelthen erstattede den overliggende knastaksel, vippearmene og topstykket som vi kender det på den nuværende motor. Nej problemet de skulle løse var det samme som havde plaget de øvrige opfindere i de 40 år der var gået siden brdr.Heymann udtog det første patent: smøring og tætning af drejeventilen. Da de danske opfindere havde bestemt, at ventilen skulle være et rørformet stykke stål, fik de jo det problem, at varmen fra forbrændingen bevirkede en udvidelse af materialet. Derfor kunne ventilen ikke lejres i en konventionel bøsning, men måtte ligge i ekspanderende lejeskaller, der giver mulighed for en udvidelse af ventilen, samtidig med, at der er tilstrækkeligt tæt mellem ventil og ventilhus. Sådanne lejeskaller skal forspændes ved hjælp af fjedre eventuelt suppleret af forbrændingstrykket, der ledes om på bagsiden af lejeskallerne. Men stadigvæk var der smøreproblemet at slås med. Fisker og Rasmussen besluttede derfor, at gå uden om problemet, ved at benytte materialer, som ikke krævede smøring. De endte med elektrografiteret kul (Cannaonball Baker brugte også kul, men som rotormateriale) som tætnende materiale til en drejeventil i hårdforchromet stål. Den roterende ventil var rørformet med lukkede udskæringer (se figuren tegnet af Kjø) og tætningerne tilpasset denne facon. En lille snedighed bestod i, at forbrændingstrykket var medvirkende til at presse tætningerne mod ventilen. Det elektrografiterede kul fandt man i Frankrig. Mogens Damkier skrev i en artikel i Skandinavisk Motorjournal: »Det virker derfor ret opsigtsvækkende, at der nu i 1956 er udtaget dansk patent nr. 82.279 på en roterende ventil, opfundet af Civilingeniør Anders Fisker og prøvemester A.M. Rasmussen, begge fra firma Fisker & Nielsen. Hvis man nøjes med at se på de medfølgende tegninger, har man al mulig grund til skepsis, for bortset fra materialerne så er der i og for sig ikke noget særlig nyt i konstruktionen, men det er alligevel materialerne og den udformning, man har givet ventilen, der er afgørende. Det interessante ved hele historien er imidlertid, at denne roterende ventil er blevet indbygget i en fire-cylindret eksperimentalmotor af NIMBUS-oprindelse, og motoren har, indbygget i et NIMBUS stel tilbagelagt 10.000 km, og den er i timevis blevet prøvekørt med fuld belastning på prøvebænk, hvorefter den er blevet demonteret. Det forbløffende resultat var, at der overhovedet ikke kunne måles slid på ventilen. Man har ikke interesseret sig for motorens maksimaleffekt eller omdrejningstal i den forbindelse, og bremseprøven viser, at den ændrede NIMBUS motor med det ventildiagram, man nu har givet den, har en maksimaleffekt på 20 HK ved 4000 omdrejninger per min. Det resultat, man er kommet til, nemlig ingen slid på ventilen og dog fuldt tilfredsstillende tæthed, må i teknikerkredse virke intet mindre end opsigtsvækkende.« I artiklen fortsatte Damkier med at prise fordelene ved drejeventiler, og han fabulerede over de muligheder der var for at forbedre den patenterede konstruktion. Han slutter artiklen af med: »Det er os bekendt, at der i danske motorkredse har hersket en del bitterhed, fordi Fisker & Nielsen ikke har fulgt NIMBUS modellen op eller har sendt en helt ny model på markedet, og det er med en vis beklagelse, at vi må gøre opmærksom på, at firmaet Fisker & Nielsen ikke agter at udnytte dette patent, så vi må slå os til tåls med, at to velkendte skikkelser fra den danske motorcykelfabrik har løst et problem, som alverdens teknikere har tumlet med i snart et halvt århundrede«. Drejventilmotorens videre skæbne. Det siges at der blev lavet to motorer af den beskrevne type, den ene til afprøvning i prøvebænk og den anden til afprøvning i et motorcykelstel. Begge motorerne havde kompressionsforhold på 10:1. Der var den forskel på de to motorer, at dén der blev brugt i prøvebænken, var forsynet med tændingsanlægget foran , som vi kender det fra standardmotoren, og ikke nogen dynamo på krumtappen. Dynamoen var anbragt for enden af kastakselhuset, i henhold til en tegning lavet allerede i 1938. Den motor, som blev prøvekørt i et stel på landevej, er den motor som eksisterer i dag på fabrikens museum. Sidstnævnte motor blev, i forbindelse med udstillingen på Gammelgård i 1993, med tilladelse af F&N startet igen, efter at have stået stille i 34 år. John Carlsen, Vagn Gjerlang og Poul Jørss havde ved fælles hjælp, samt F&N’s tidligere prøvebænk fået startet motoren og der blev lavet en videofilm over forløbet. Motorgangen er helt tyst og uden mekanisk støj, bortset fra kædetrækket til drejeventilen. Men da dette er en prototype, kan man vist godt gå ud fra, at kædestøjen var blevet fjernet på produktions-eksemplarerne. En gummiglideskinne kunne sikkert helt fjerne alt støj., og så ville det lyde som en moderne bilmotor. Motoren var svær at starte, og det var derfor den skulle i prøvebænk. Men når den først var varm, startede den med et enkelt træd på kickstarteren. Den blev derfor sat tilbage i udstillingsstativet, og man fortsatte med afprøvningen udenfor, - det fremgår af filmen. Når motoren blev kold, var den ligeså uvillig til at starte, som første gang. Der er ikke nogen af de nuværende guruer som har noget bud på årsagen til problemet. Vagn Gjerlang siger, at der var god kompression, og at han prøvede at sprøjte diverse super-startmidler ind i indsugningen. Jeg går dog ud fra, at denne startuvillighed var blevet løst hvis motoren skulle have været i produktion, for det er ikke et problem, som man har hørt om ved de andre drejeventilmotorer. “Cannonball”-Baker brugte jo også grafit/kulstof til sin udgave, og dér var det jo oven i købet hele ventilen, som var fremstillet af materialet. Baker krydsede, som nævnt tidligere, USA fra kyst til kyst uden at få hjælp af nogen. I kapitlet om Johs. K. Ersgaard (s.57) gives der en forklaring på, hvorfor projektet blev opgivet: Gamle PA Fisker stoppede projektet på grund af utidig omtale i pressen! JKE giver også et bud på startproblemet. Men, når alt det er sagt, så kan jeg ikke lade være med at beklage, at der ikke blev lavet et antal NIMBUS’er med drejeventil. Den bevarede motor er smuk, kompakt og stilren, og går med en dejlig turbine agtig lyd, - som på en eller anden måde alligevel er typisk Fisker & Nielsen. |
Rundt og rundt, op og ned -
En beretning om drejeventiler