Legendärer Weltkriegs-Flugmotor: Junkers Jumo 213

Kurzer Blick auf die Anfänge: Der erste Junkers-Flugmotor, ein luftgekühlter Sechszylinder-Reihenmotor mit 75 PS, datiert auf das Jahr 1919. Nach Lockerung der Bestimmungen des Versailler Vertrages nahm man bei Junkers-Motorenbau (kurz: Jumo) Zug um Zug auch leistungsstärkere Triebwerke in Angriff. Der 1925 auf den Markt gebrachte, schon 310 PS starke L 5 erwarb sich wegen seiner Zuverlässigkeit rasch einen tadellosen Ruf. Mit Einführung der Version G des Jumo 210 im Jahre 1937 gelang ein technischer Meilenstein. Dieser 19,7 Liter große V12 leistete 730 PS und war der erste Flugmotor mit Treibstoff-Direkteinspritzung und automatischer Gemischregelung. Praktisch parallel mit Erprobungsbeginn des Nachfolgers Jumo 211 entstanden erste Versuchsmuster einer weiteren Ausbaustufe mit der Bezeichnung 213. Fatalerweise legte im September 1938 das Reichsluftfahrtministerium fest, dass die Arbeiten daran nur mit "zweiter Dringlichkeit” fortzuführen seien; Manpower wurde offenbar zugunsten des neuen Projekts Jumo 222 abgezogen. Und in der Folgezeit sollten – man möchte fast schon sagen: die gewohnten – Kinderkrankheiten auftreten, mit denen de facto alle Hochleistungstriebwerke zu kämpfen hatten. Der Serienanlauf des 213 begann jedenfalls denkbar schleppend. Mitte 1943 etwa gab es eine aufwendige Umrüstaktion in Form einer modifizierten Zündfolge, weil sich in den Versuchsmaschinen für die Fw-190-D-Baureihe in einem Drehzahlbereich kritische Resonanzschwingungen zeigten; auch alle bereits ausgelieferten Motoren wurden geändert. Erst im Januar 1944 gelang es, einen nennenswerten monatlichen Ausstoß von 100 Exemplaren zu erreichen, welcher sich dann aber stetig steigerte.

Der Weg von Jumo: Mehr Drehzahl

Wie entsteht eigentlich Leistung– oder, konkreter formuliert, eine Erhöhung der Leistung im Kolbenmotor? Grundsätzlich bestehen folgende zwei Marschrichtungen: per Hubraumvergrößerung (praktiziert zum Beispiel von Daimler-Benz bei der Entwicklung des DB 601 hin zum 44,5 Liter großen DB 603) oder per Drehzahlerhöhung wie im Fall Jumo 213. Lag die Nenndrehzahl des 211 je nach Ausführung noch zwischen 2200 U/min bis 2600 U/min, hob man diese beim 213 unter Beibehaltung des Hubraums von 35 Litern auf 3250 U/min an. Bei 165 Millimetern Hub errechnet sich daraus eine mittlere Kolbengeschwindigkeit von 17,9 Metern pro Sekunde. Aus heutiger materialtechnischer Sicht völlig harmlos, war das aber gerade in den letzten Kriegsjahren unter dem Joch der Sparstoffverordnung eine stramme Hausnummer. Abgesehen davon, dass sich beide Marken in der typisch deutschen Machart mit hängenden Zylinderbänken konzeptionell ähnlich sind, finden sich dadurch bedingt viele Unterschiede im Detail.

Aufbau des Jumo

Auf Anhieb fällt auf, dass sich der Jumo mit drei Ventilen pro Brennraum begnügt: zwei Einlass- und einem (natriumgefüllten) Auslassventil. Die ersten JumoV12 waren noch Zweiventiler, erst mit dem Debüt des 210 G hatte man die Einlassventile zugunsten einer optimierten Füllung verdoppelt. Zu viele Innovationen in einem neuen Motor sind auch nicht immer gut – also in gewissem Sinne weise Voraussicht von den Junkers-Mannen um Dr.-Ing. August Lichte, die Vierventiltechnik erst einmal hintenanzustellen. Der Ventiltrieb entspricht mit Königswellenantrieb, obenliegender Nockenwelle und Ventilbetätigung via rollenbestückter Schwinghebel gängiger Praxis; jedes Ventil wird hier von seinem eigenen zugehörigen Nocken gesteuert. Die Ventilsteuerzeiten sind im Vergleich zum 211 zwecks höherer Leistungsausbeute deutlich schärfer ausgelegt und entsprechen etwa denen des ebenfalls 35 Liter großen DB 605. Interessant ist in diesem Zusammenhang eine Vorgabe aus der "Jumo Überholungsanleitung Oktober 1944": "bei fälligen Revisionsarbeiten an den Motoren auf Einlassventile ebenfalls mit Natriumfüllung wechseln."Ein eher ungewöhnlichestechnisches Merkmal und mögliches Indiz dafür, dass das einzelne hartverchromte Auslassventil in Sachen Hitzeabfuhr schon ziemlich an der Grenze operierte. Auch unorthodox: Jede Nockenwelle besitzt an beiden Enden eine Art kleine Schwungscheibe, was zu einem gleichmäßigeren Lauf beitragen soll. Wer hatte an seinem Auto, Motorrad oder Rasenmäher nicht schon mal Ärger mit defekten Dichtungen? Das bedeutet immer nervige Arbeit, auf die man gerne verzichtet. Unter anderem deshalb waren viele Flugmotorenhersteller bestrebt, zumindest eine potenziell störanfällige und in der Produktion grundsätzlich aufwendigere und teurere (Bearbeiten von Dichtflächen, Montieren von Stehbolzen/Schrauben) Trennebene einzusparen. Bei den V12 von beispielsweise Daimler-Benz, Hispano-Suiza oder Klimow sind Zylinderbank und Brennräume ein gemeinsames Gussteil. Beim Jumo dagegen Kurbelgehäuse und Zylinderbänke, der Zylinderkopf mit den Brennräumen ist demontierbar – Standardrezeptur im heutigen Fahrzeugbau. Die britischen Zwölfer waren anders konzipiert, Rolls-Royce Merlin/Griffon offerieren die altbekannten vier Trennstellen: Ölwanne, Zylinderfuß, Zylinderkopf und Ventildeckel. Nachteilig war der höhere Bauteile- und Montageaufwand. Andererseits erleichtert dies dank einfacherem Zugang zu den Motorinnereien Reparaturen und Überholungen teils deutlich. Die nassen – also direkt vom unter Druck stehenden Kühlstoffkreislauf umströmten – Laufbuchsen aus Stahl sind, leicht entnehmbar, einzeln in die Zylinderbänke eingesetzt und für festen Sitz mit jeweils vier schlanken Zugankern über den Zylinderkopf verschraubt. Dieses schon beim erwähnten Typ 210 verwendete System offenbart ein weiteres feines Detail: Sollte es zu Undichtigkeiten kommen, sammelt sich Kühlflüssigkeit in einer Ringnut der Laufbuchse und tritt durch ein Kontrollloch ins Freie.

Stabiler Kurbeltrieb, aufwendige Schmierung

Während die Profilgestaltung der sechs breiten gegabelten Hauptpleuel beim DB 605 im sogenannten H-Design gehalten ist, wurde für den 213 ein I-förmiger Querschnitt gewählt – der steht für große Belastbarkeit gerade bei hochdrehenden Motoren (die schmaleren Nebenpleuel sind meist generell im I-Design). Das ähnelt im Übrigen stark dem Pleuelsatz des amerikanischen Allison V-1710. Dessen Pleuel sind als besonders stabil bekannt, bei extrem getunten P-51 Mustang im Reno Air Race werden unter anderem die zwar leichteren, aber filigraner anmutenden Rolls-Royce-Pleuel gegen Allison-Pendants ausgetauscht. Herstellerübergreifende Einigkeit herrscht wiederum bei den Kolben: geschmiedet aus Leichtmetall, mit drei Kolbenringen und jeweils einem Ölabstreifring über und unterhalb des Kolbenbolzens. Der Bosch-Zwillingszündmagnet des 213 ist laut Liste sogar identisch mit demdes DB 605. Am vorderen Flansch des aus einer Aluminiumlegierung gefertigten Kurbelgehäuses befindet sich das Stirnrad-Untersetzungsgetriebe mit der zum Ausgleich für die hohe Drehzahl recht kurzen Untersetzung 1 : 0,417 zur Luftschraubenwelle; den hinteren Abschluss bildet, wie gewohnt, der Geräteträger mit den Aggregaten. Die Kurbelwelle ist in sieben Gleitlagern fixiert, konträr zum 211 wurde das Stützlager ganz vorne (nach dem Stirnradpaar) als Rollenlager ausgeführt. Bei Daimler-Benz erfolgt die Schmierstoffversorgung für den Kurbeltrieb mittels eines oberhalb angeordneten, über die nahezu ganze Triebwerkslänge verlaufenden Drucköl-Hauptkanals (Galerie) und davon in die Gehäuse-Querwände abzweigenden Bohrungen zu den einzelnen Lagern. Beim 213 werden die Lager durch zentral seitlich in die hohlgebohrte Kurbelwelle eingespeisten Schmierstoff versorgt. Das ist eine Technik, wie sie etwa von Rolls-Royce für die letzten leistungsstärksten Merlin-Typen übernommen wurde und sich später speziell bei hochdrehenden Rennmotoren etabliert hat. Positive Effekte: Die Ölverteilung wird von der Fliehkraft der Welle unterstützt, was weniger Verlustleistung seitens der Druckölpumpe generiert; außerdem können durch die entfallende Ringnut in den Hauptlagern selbige etwas schmaler gehalten werden. An Öldruck liegen je nach Leistungsstufe zwischen 4,4 bis maximal 9,8 bar an. Aufgeteilt in einen Haupt- und einen Nebenstromkreislauf,ist bei diesem Motor eine Vielzahl von Zahnrad-Ölpumpen im Einsatz. So etwa allein je zwei  Rückförderpumpen für den sich unter den Ventildeckeln bildenden Ölsumpf. Dies deshalb, weil die Schwungscheiben an jedem Nockenwellenende zwei tiefstliegende Absaugstellen verursachten, gut zu erkennen auf dem Bild des Schmierstoffkreislaufes. Der unterhalb des linken Motorträgers platzierte Öltank einer Fw 190 D-9 bunkert 49 Liter Schmierstoff. Zum Vergleich: Dem DB 605 reichen 36,5 Liter, beim BMW 801-Sternmotor sind es immerhin 58 Liter.

Wärmetauscher für clevere Kühlung

Ein weiterer cleverer Kniff war die Einführung des Wärmetauschers anstelle der altbekannten Ölkühlung im Luftstrom. In diesem platzsparend direkt unter dem Triebwerk angebrachten, zylindrischen Bauteil nimmt umspülende Kühlflüssigkeit die Wärme des Schmierstoffs auf. Obendrein wird die Warmlaufphase des Motors im umgekehrten Effekt verkürzt, da in diesem Stadium die sich schneller aufheizende Kühlflüssigkeit das Motoröl mit anwärmt. Schlussendlich erleichterte der Wärmetauscher die Integration des 213 in die Fw-190-Zelle, da neben dem ringförmigen Wasserkühler in der Nase nicht auch noch ein Ölkühler untergebracht werden musste – was bei den mit DB-603-Motor getesteten Fw 190 nötig wurde. So summieren sich die verschiedensten Puzzlestücke, und es leuchtet ein, warum der 213 A-1 über 180 Kilogramm mehr Masse auf die Waage bringt als der DB 605A (ohne dessen externen Ölkühler gerechnet). Der hinten rechts montierte, bei den Baureihen A beziehungsweise C einstufige Lader besitzt ein Zweigang-Schaltgetriebe mit den Übersetzungen 6,85-fache Kurbelwellendrehzahl für den Boden- und 9,38-fach für den Höhenladergang, die automatische Umschaltung erfolgt zwischen 2700 und 3000 Metern Höhe. Exzellente Förderleistung und somit sehr guten Wirkungsgrad bietet das Jumo-spezifische "geschlossene" Laderlaufrad, das ein bisschen aussieht wie eine innenbelüftete Bremsscheibe. Die Motorsteuerung erfolgt wie bei den anderen deutschen Spitzenmotoren mit einem Einhebelgerät. Bei den Systemen von Daimler-Benz und BMW steht die Ladedruckregelung als zentraler Parameter im Fokus des Piloten, sprich: mit dem Leistungshebel im Cockpit wird ein bestimmter Ladedruck gewählt, zu dem die weiteren Regelorgane das jeweils optimale Mischungsverhältnis von Ansaugluft und Kraftstoff ermitteln.

Vorteile für die Füllungsdrossel

Beim neuartigen Motorbediengerät des 213 ist der Ladedruck insofern nebensächlich, als dass mit dem Leistungshebel eine bestimmte Einspritzmenge gewählt und die entsprechende Luftmenge quasi schon ganz außen vor dem Lader – also vor dem eigentlichen Komprimieren – mittels sich automatisch verstellender Leitschaufeln (der sogenannten Füllungs- oder Dralldrossel) reguliert wird. Der Ladedruck unterliegt hierbei leichten Schwankungen in Abhängigkeit von der Außentemperatur: je niedriger diese, desto größer das spezifische Gewicht der angesaugten Luftmenge, und die Füllungsdrossel schließt mehr. Als Beispiel die Werte des Typs A-1/C-0 mit Volllast 3250 U/min: Bei minus 20 Grad liegen 1,41 ata an, bei plus 20 Grad 1,53 ata. Das Triebwerk wird deshalb, Zitat Handbuch, "nicht nach dem Ladedruck, sondern nach der Drehzahl geflogen". Es gibt zwar noch eine herkömmliche Drosselklappe im Ladeluftrohr, sie ist im Leerlauf zwischen 400 und 500 U/min bis auf einen zwei Millimeter breiten Spalt geschlossen und bei etwa 1800 U/min dann schon voll offen. Zudem kann damit bei etwaigem Ausfall der hydraulisch arbeitenden Füllungsdrosselmechanik der Motor von Hand notbedient werden. Das Füllungsdrosselsystem spart Bauteile und punktet laut Junkers mit Vorteilen in Sachen Kosten, Einstellung, Wartung und Leistungsverhalten –wohl nicht ganz zu unrecht. Tatsache ist, dass Daimler-Benz bei den Motoren 603 L und N auch eine Dralldrossel vorsah. Die von Jumo selbst gefertigte Einspritzpumpe ähnelt konstruktiv der für Daimler-Benz zugelieferten Bosch-Variante. Hier sind jedoch je sechs nockenbetätigte Pumpenelemente zu einem Block zusammengefasst und leicht V-förmig einander gegenüberliegend angeordnet.

Dringend Verlangt: Zweistufenlader

Schon beim Erstling A-1/C-0 war ab September 1944 eine auf zehn Minuten Dauer begrenzte sogenannte "erhöhte Notleistung" freigegeben worden, die entsprechende Ladedruckerhöhung von 0,2 ata ergab 1900 PS am Boden (im Leistungsschaubild auf Seite 43 nicht eingetragen). Noch eine Schippe drauf packte die entweder werkseitig oder nachträglich als Rüstsatz eingebaute MW-50-Zusatzeinspritzung. Diese "Sondernotleistung" bürgte für kräftige 2100 PS, war allerdings physikalisch bedingt nur bis zur Volldruckhöhe wirksam. Bei diesem Motor sogar noch knapp darunter, wohl als kleines Sicherheitspolster gedacht: zulässig bis 5000 Meter Flughöhe, ebenfalls auf zehn Minuten Entnahmezeit begrenzt. Wie zu erwarten fiel die Performance des einstufigen 213 in größeren Höhen auch kaum besser aus als beim BMW 801, deshalb drängten alle Beteiligten auf die schnellstmögliche Einführung der zweiten Laderstufe. Jene kam dann in Verbindung mit einem Dreigang-Schaltgetriebe im Modell 213 F, noch getestet in den letzten Versuchsmustern für die unterschiedlich bewaffneten Baureihen Fw 190 D-11, D-12 und D-13. Aufgrund beengter Platzverhältnisse und zugunsten eines leichteren Einbaus wurde auf einen Ladeluftkühler verzichtet, MW-50 war aber an Bord. Die Erprobung litt unter zahlreichen Defekten, ein Focke-Wulf-Bericht vom 27. Dezember 1944 beurteilte den F als noch weit entfernt von der Einsatzreife. Genügend Raum bot dann die Zelle des noch in homöopathisch geringen Stückzahlen an die Front gekommenen neuen Jägers Focke-Wulf Ta 152. In der H-Version erhielt er den weiter verbesserten Motor 213 E-1, ebenfalls notgedrungen ausgelegt für minderwertigeren B4-Kraftstoff, aber mit Ladeluftkühler und den möglichen Kräftigungsmitteln MW-50 für unterhalb der Volldruckhöhe und GM-1 darüber.

Anspruchsvoll und hochkomplex

Wie allgemein bekannt, machten sich zu dem Zeitpunkt die Engpässe bei Material und erfahrenen Fachkräften schon verheerend bemerkbar. Beim Studium der Handbücher fällt auf, wie enorm anspruchsvoll Montage und Einstellung dieser hochkomplexen Aggregate sind. Und das sagt der Autor, selbst beruflich lange Jahre mit Motoren vertraut. Nur zu verständlich, dass immer mehr fehlerhafte Motoren die Werke verließen. Vorkommnisse wie beim JG 2, bei dem im Frühjahr 1945 innerhalb von zwei Monaten 18 Jumo-Triebwerke ausfielen (dreimal Zündkerzen defekt, dreimal Kühlkreislauf undicht, zweimal Späne im Öl, zweimal Laderschaden, zweimal Getriebedefekt, sechsmal Ventilschäden und dazu fünf Totalverluste durch Motorbrand in der Luft), waren auchbei den anderen Herstellern an der Tagesordnung. Hervorzuheben ist das Projekt Jumo 213 I; von dieser Variante wurden noch sechs Versuchsmotoren gebaut. Mit vier Ventilen pro Zylinder und der nochmals weiter erhöhten Nenndrehzahl von phänomenalen 3700 U/min drang er mit MW-50 in Leistungsbereiche über 2500 PS vor und erreichte Spitzenwerte beim geschwindigkeitsförderlichen Abgas-Strahlschub. Mit besten Werkstoffen perfekt zusammengebaut und eingestellt, ist er wohl das Juwel unter den V12-Motoren.

Technische Daten Jumo 213 A-1

(Stand: Dezember 1943)

Bauart: 60-Grad-V12, hängend

Kühlung: flüssigkeitsgekühlt

Hubraum: 34,97 l (Bohrung x Hub: 150 x 165 mm)

Verdichtung: 6,5 : 1

Ventiltrieb: OHC-Königswelle, 3 Ventile pro Zylinder

Start-/Notleistung: 1750 PS (1286 kW) bei 3250/min und 1,53 ata Ladedruck

Lader: Einstufen-Schleudergebläse, 2 Gänge

Zündung: Bosch-Zwillingszündmagnet ZM 12 CR 8, kontaktgesteuert

Einspritzpumpe: Jumo 2021 F-4, mechanisch angetrieben

Kraftstoff: B4 (87 Oktan)

Verbrauch: niedrigst/maximal: ca. 215 bis 610 l/h

Schmierstoff: Rotring (entspricht Einbereichsöl SAE 70)

Verbrauch: maximal 14,5 l/h

Schwungkraftanlasser: Bosch AL SGC 24 DR 2

Trockengewicht (mit Anlasser und Wärmetauscher): 920 kg

(Quelle: Luftfahrt-Archiv Hafner/Motoren-Handbuch Jumo 213 A-1 u. C-0)