Gliederung
Ansaugen,
Verdichten, Explodieren und Auspuffen: Das sind die vier Takte, nach denen sich
mittlerweile die ganze Welt dreht. 
Nikolaus Otto wurde 1832-1891 in Taunus geboren. Sein Vater starb früh und so war auch wenig Geld in der Familie. Er musste sich tapfer hocharbeiten, um an Geld zu kommen. Lange Zeit später lass Nikolaus in einer Zeitung und sagte: "eine feine Sache diese Gasmaschinen - dort wo man Gas hat!" Gas war aber nur in den großen Städten zu haben. Also konnte man den neuen Gasmotor von Lenoir (1822-1900) in den kleinen Städten und auf dem Land nicht gebrauchen- es sei denn man fand einen anderen Treibstoff. Otto grübelte und meldete schließlich ein Patent auf einen Vergaser an, der den Lenoirmotor mit Spiritusdämpfen statt mit Leuchtgas versorgen sollte. Das Patent wurde abgelehnt, weil die Vergasung von Krafftstoff schon lange bekannt war. Auch Lenoir hatte den Betrieb mit kohlenwasserstoffhaltigen Flüssigkeiten vorgesehen.
Das war ärgerlich, doch konnte es Otto nicht entmutigen. Er interessierte sich jetzt so sehr für den Lenoir-Gasmotor, dass er sich ein kleines Modell bauen ließ, mit dem er in seiner Freizeit unermüdlich experimentierte. Im ersten Teil des Hubes saugte der Motor das Gas-Luftgemisch an. Es wurde dann elektrisch entzündet, und der Explosionsdruck trieb den Kolben nun abwärts. Die elektrische Zündung ließ sich beliebig einstellen und so probierte Otto verschiedene Füllungsgrade aus. Dabei fand er, dass der Kolben mindestens auf einem Viertel seines Weges Gas-Luft-Gemisch ansaugen müsste; zündete er früher, dann reichte der Explosionsdruck nicht aus, den Kolben bis zur Endlage zu drücken. Bei dieser Probiererei saugte der Motor fast während des ganzen ersten Hubes Gas an. Da er nun einen zu geringen Arbeitshub bekommen hätte, drehte er den Kolben so weit zurück wie es die Verdichtung des Gases zuließ. Kurz vor Erreichen des Endpunktes zündete er das verdichtete Gemisch; es knallte, und blitzte Schnell entriss sich das Schwungrad seinen Händen und machte einige schnelle Umdrehungen.
Ja, was war denn das? Otto wiederholte den Versuch mehrmals, und immer war der Explosionsdruck des verdichteten Gas-Luft-Gemisches ganz offenbar bedeutend größer als beim unverdichteten Gemisch. Diese Versuche, diese ersten Untersuchungen eines mit Vorverdichtung des Gas-Luft-Gemisches arbeitenden Motors stellte die eigentliche Geburt des Ottomotors dar, obwohl dieses Prinzip erst fünfzehn Jahre später erfolgreich wurde.
Die Versuche mit seinem kleinen Modell brachten Otto auf den richtigen Weg: Mit dem ersten Hub Gas-Luft-Gemisch ansaugen. Dieses beim Rückwärtslauf, also beim zweiten Hub, verdichten. Zu Beginn des dritten Hubes das verdichtete Gas-Luft-Gemisch zu zünden und damit während dieses ganzen Hubes Kraft erzeugen. Schließlich mit dem vierten Hub die verbrannten Gase ausschieben.
Otto war felsenfest überzeugt, dass Viertaktbetrieb funktionieren müsse, und er baute daher einen größeren Versuchsmotor. Um bei jedem Hub Kraft zu erzeugen, stattete er diesen neuen Motor gleich mit vier Zylindern aus. Das gab einen komplizierte Konstruktion, denn er musste ja die einzelnen Zylinder um einen Hub versetzt steuern. Vor den Arbeitskolben legte er eine Feder und davor einen weiteren Kolben. Dieser Kolben sollte während des Kompressionshubes sich leicht vor den Hauptkolben legen, beim Ausschubhub dagegen entspannte sich die Feder, und der Hilfskolben trieb die Verbrennungsgase aus.
Man muss staunen, dass der bastelnde Kaufmann eine so komplizierte Maschine überhaupt fertig brachte. Allerdings schluckte sie seine ganzen Ersparnisse. Otto war sich über den Erfolg so sicher, dass er sich daraus nichts machte. Er gab sogar seine Stellung auf, um sich der Maschine ganz widmen zu können. Um so mehr war er enttäuscht, als die Maschine zwar lief, aber derart stoßend und hämmernd, dass die Lager und Getriebe dies nur kurze Zeit aushalten konnten.
Die Ursache des harten Laufes sah er in den starken Explosionsstößen, die auf die Kolben wirkten. Mit allen Mitteln versuchte er; diese Stöße zu mildern. Der gegebene Weg war die Verringerung des Gasgehaltes im Gemisch, doch er führte in eine Sackgasse, denn magere Gemische zündeten nicht zuverlässig. Trotz aller Bemühungen gelang es Otto nicht, eine sichere und doch stoßfreie Zündung zu erreichen. Erst 14 Jahre später vermochte er den Widerspruch zwischen starkem zündfähigem Gemisch und stoßfreier Verbrennung zu lösen und den Viertaktmotor zu schaffen.
Statt dessen begab er sich jetzt auf einen Umweg. Die Furcht vor den harten Explosionsstößen veranlasste ihn auf deren Arbeitsleistung ganz zu verzichten. An seinem kleinen Modell hatte er beobachtet, dass der Kolben vor Vollendung seines Hubes zurückschnellte, wenn er das Gasgemisch bei kleinen Füllungen zündete. Offenbar kühlten sich die Verbrennungsgase so schnell ab, dass ein kräftiger Unterdruck entstand, worauf der äußere Luftdruck den Kolben zurückdrückte. Darauf baute Otto seinen atmosphärischen Gasmotor auf.
Der erste Gasmotor entstand aus den Einzelteilen des missglückten Vierzylinders. Es war schwierig, den Explosionsschub der stehenden Maschinen leer laufen zu lassen und nur den Abwärtsgang auf das Triebwerk zu übertragen. Schließlich war auch das geschafft. Der Motor lief; mehr schlecht als recht, aber er lief, und er leistete sogar eine halbe Pferdestärke. Otto erhielt nun in zahlreichen Ländern ein Patent auf diesen Motor, aber verkaufsfähig war er noch nicht. Mehr als ein Jahr verwandte der Erfinder darauf, den Motor zuverlässig zu machen. Hatte der Vierzylindermotor seine Ersparnisse geschluckt, so brachte ihm der atmosphärische Gasmotor dreitausend Taler Schulden ein. Bald wusste er nicht mehr ein noch aus, und es wäre ihm übel ergangen, wenn nicht im Frühjahr 1864 der erfolgreiche und wohlhabende Ingenieur Eugen Langen (1833-1895) zu ihm gestoßen wäre. Sie verbanden sich zu einer lebenslangen Gemeinschaftsarbeit, in der die weltbekannten Deutzer Gasmotorenfabrik aufgebaut wurde.
Drei Jahre harter Arbeit bedurfte es noch, um den Motor einigermaßen betriebssicher zu machen. Dann wagten sie es, ihn auf der Pariser Weltausstellung von 1867 zu zeigen. Dazu gehörte wahrlich viel Mut, denn Paris war damals das Zentrum der Gasmaschinenfertigung. Nicht weniger als vierzehn Gasmotoren zweier verschiedener Systeme stellten die Franzosen aus, und mitleidig lächelten sie über die seltsame deutsche Konkurrenz. Sie sah aus wie eine Säule mit einem Schwungrad daran (siehe Bild), und noch viel seltsamer war ihr Gebaren: Mit gewaltigem Krach schoss die Kolbenstange hoch, glitt klirrend über ein Schaltwerk, verharrte einen Augenblick und verschwand mit einem ängstlichen Pfeifen in der Säule. Jetzt bewegte sich nur noch das Schwungrad, leise und stetig. Unmerklich minderte sich die Drehzahl, erreichte einen unteren Grenzwert; eine Klinke kuppelte einen Exzenter ein, der Kolben wurde angehoben, saugte Gas und Luft an - rumms, krachte die Explosion, und wieder schoss die Kolbenstange hoch. Nichtsahnende Zuschauer prallten erschrocken zurück und hörten dann aus sicherer Entfernung das klagende Pfeifen, wenn die Kolbenstange wieder verschwand.
Alle Besucher schüttelten den Kopf über die unregelmäßig knallende und stöhnende Maschine. Gerade das unregelmäßige Arbeiten war das Erschrecken, trieb die Interessenten alsbald davon. Niemand machte sich Gedanken darüber, ob diese Unregelmäßigkeit sinnvoll sein könnte. Der rasche Aufwärtsflug des Kolbens ermöglichte eine so hohe Verbrennungsgeschwindigkeit, wie sie beim Lenoirmotor niemals erreicht werden konnte. Ottos Motor war diesem Motor gegenüber verbrennungstechnisch ein wesentlicher Fortschritt. Das merkten damals nicht einmal die Fachleute, und es gab daher eine Riesenüberraschung bei der sorgfältig durchgeführten Feststellung des Gasverbrauches: Die missachtete Otto-Maschine verbrauchte kaum halb soviel Gas wie die meisten Konkurrenz-Maschinen; selbst die beste französische Maschine verbrauchte 50% mehr! Das konnte nicht mit rechten Dingen zugehen, und man glaubte allen Ernstes, dass die deutsche Maschine eine zweite, verborgene Gaszuführung habe. Erst nach einer genauen Untersuchung wurde der deutschen Otto-Maschine für die beste Gasmaschine die Goldene Medaille zuerkannt.
Nun war der Bann gebrochen; alle Welt wollte die Wundermaschine haben. Mehr als 5000 Stück wurden innerhalb von 10 Jahren verkauft, wobei die größte Einzelleistung ganze 3 PS betrug. Ja, das war so etwa die Grenzleistung für den atmosphärischen Motor, und darum beschäftigten sich die Fachleute in aller Welt mit dem Problem des direktwirkenden Motors. Einer Maschine, die den Explosionsdruck zur Krafterzeugung nutzen und daher eine größere Einzelleistung ermöglichen konnte. Wieder war es der Kaufmann Otto, der den Technikern den Rang ablief. Er hatte ja schon 1862 den direktwirkenden Viertaktmotor gebaut. Aber es war ihm nicht gelungen, einen betriebssicheren Lauf zu erzielen. Wegen der starken Explosionsstöße
Wenigstens dachte das Otto, und er überlegte daher immer wieder, wie man diese Explosionsstöße mildern könnte. Da sah er während eines Spaziergangs, wie aus einem hohen Fabrikschornstein eine dicke schwarze Rauchwolke quoll, die zusehend dünner und lichter wurde, je weiter der Rauch sich von dem Schornstein entfernte. Wie erstarrt blieb er stehen und sah das Bild an, das er so oft gesehen hatte, ohne das es ihm aufgefallen war. Aber jetzt entstand in ihm die Ideenverbindung: Schwarzer Rauch - fettes Gas-Luft-Gemisch; lichter Rauch mageres Gemisch!
Ja, so musste man es machen: an der Zündstelle ein leichtes zündendes fettes Gemisch, das fortlaufend magerer wurde, so dass sich die Explosion nur langsam fortpflanzen konnte, dass sie mehr zu einer Verbrennung wurde. Das musste die gefährlichen Explosionsstöße mildern.
Gewiss, das war die Lösung des Problems!
Eilend baute Otto einen neuen Viertaktmotor, aber unter Berücksichtigung seiner neuen Idee zur Milderung der Explosionsstöße. Und siehe, der neue Viertaktmotor lief; er lief ohne Stöße und beinahe geräuschlos. Wieder hatte sich eine ganz richtige Annahme fruchtbar ausgewirkt. Heute wissen wir, dass beim Ansaugen und der nachfolgenden Verdichtung das Gas-Luft-Gemisch ziemlich gleichmäßig wird. Otto aber glaubte fest an die Theorie der langsame Verbrennung, und so ging dieser Irrtum als erster Patentanspruch in das später so umstrittene Deutsche Reichspatent Nr. 532 ein. Es verschaffte der Gasmotorenfabrik Deutz von Otto & Langen ein Motoren-Monopol. Denn die unbewiesene Behauptung des ersten Patentanspruchs erfasste auch das inzwischen bereits von Otto selbst erprobte Zweitakt-Verfahren. Nichtsdestoweniger glaubten einige Fabrikanten, z.b. Karl Benz, mit Motoren, die zwar wie der Ottomotor das Gemisch vor der Entzündung verdichteten, aber im Zweitakt arbeiteten, die Otto-Patente umgehen zu können. Es kam daher zu zahlreichen Patentprozessen, die schließlich zu Ungunsten von Deutz ausfielen, weil die von Otto behaupteten Vorgänge im Zylinder sich nicht beweisen ließen. Die Viertakt-Arbeitsfolge war, wie jetzt bekannt wurde, von dem französischen Ingenieur Beau de Rochas 1862 beschrieben worden. Er hatte jedoch die undurchführbare Selbstzündung des Gemisches vorgesehen und niemals einen Motor gebaut. Seine Schrift war völlig vergessen worden. Daraufhin entschied das Reichsgericht am 30. Januar 1886 gegen Deutz und gab damit die Wirkungsweise des Ottomotors zur allgemeinen Nutzung frei. Das Urteil war ein harter Schlag für Otto und die Gasmotorenfabrik Deutz, doch für die Motorentechnik bedeutete es einen großen Aufschwung. Es trug dazu bei, dass sich der Ottomotor in kurzer Zeit die Welt eroberte, denn eine Menge Fabriken stürzten sich jetzt auf seine Fertigung. Nikolaus August Otto starb am 26. Januar 1891 in Köln.
Vor allem waren es die Autopioniere, an ihrer Spitze Karl Benz (1844-1929), Gottlieb Daimler (1834-1900) und Wilhelm Maybach (1846-1929), die durch den leichten, schnelllaufenden Benzinmotor die Grundlage zu einer völligen Umgestaltung des Verkehrs schufen. Jahrtausendelang hatten sich die Menschen als höchste Fortbewegungsgeschwindigkeit mit der des Pferdes begnügt. 1885 lief das erste Automobil auch nicht schneller, aber um die Jahrhundertwende fanden die Menschen, dass hundert Kilometer pro Stunde zu wenig seien. Ein Rausch der Geschwindigkeit erfasste sie. Das Auto wurde zunächst nicht so sehr Gebrauchs- als Rennwagen; Die Weltrekorde purzelten nur so. 1949 erreichte der Engländer Cobb als absoluten Geschwindigkeitsrekord auf dem Lande 634,4 km/h. Inzwischen war mit Hilfe des Ottomotors der uralte Traum der Menschheit, das Fliegen, verwirklicht worden, Die Schallmauer wurde schon seit langem durchbrochen.
Ja, das ist Tempo! Man weiß nur nicht, ob man mehr staunen muss über die riesigen Geschwindigkeiten oder über die Schnelligkeit, mit der wir sie erreicht haben.
Der Viertakt- Ottomotor
Aufbau:
Der Viertakter ist heute die am meisten verwendete Antriebsmaschine für Pkws und Motorräder mit großem Hubraum (ab 500 cm³). Im Ottomotor wird die zugeführte Brennstoffenergie durch Verbrennung im Arbeitszylinder in Wärme umgewandelt.
Arbeitsweise:
Durch die Expansion (Ausdehnung) der heißen Verbrennungsgase bewegt sich der Kolben und überträgt mit Hilfe der Pleuelstange die Kolbenkraft auf die Kurbelwelle. Dadurch wird die geradlinige Kolbenbewegung in eine Drehbewegung umgewandelt. Das Einströmen des Kraftstoff-Luft-Gemisches und Ausströmen der heißen Abgase erfolgt über Ventile. Diese (Einlaß- und Auslaßventil) werden über eine Nockenwelle gesteuert, welche beim Viertaktmotor mit der halben Kurbel Wellendrehzahl umläuft. Der Antrieb der Nockenwelle erfolgt meistens mit einer Steuerkette oder Zahnriemen. Zur Zündung des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches verwendet man eine elektrische Zündanlage. Für ein Arbeitsspiel sind vier Hübe (Takte) bzw. zwei Umdrehungen notwendig: Ansaugen, Verdichten (Kompression), Entspannen (Expansion) und Ausstoßen. Es wird nur eine Umdrehung der Kurbelwelle zur Arbeitsleistung genützt (2.- und 3. Takt), die zweite Umdrehung wird für den Ladungswechsel benötigt (4.- und 1. Takt). Der Ladungswechsel erfolgt über Ventile, die über die Nockenwelle gesteuert werden.
Motorsteuerung:
Der Ladungswechsel eines Motors und damit die Leistung hängen entscheidend von der Steuerung der Ventile ab. Zur Betätigung des EV (Einlaßventil) und AV (Auslaßventil) gibt es verschiedene Möglichkeiten, wobei die Steuerzeiten beim Viertaktmotor immer durch eine Nockenwelle vorgegeben werden.
Die Übertragung auf die Ventile erfolgt über Ventilstößel, Stößelstangen, Kipphebel oder direkt über die Nockenwelle mit Hilfe von Tassenstößel, Kipphebel oder Schwinghebel. Die Ventile werden durch den Steuermechanismus geöffnet und mit Federkraft geschlossen.
Nach der Lage der Nockenwelle unterscheidet man untengesteuerte und obengesteuerte Motoren.
Genauere Beschreibung der Vier-takte
Bewegung des Kolbens nach unten.
Es entsteht Vakuum. Dadurch wird das Luft-Benzin-Gemisch (Verhältnis 1:15) angesaugt.
Einlassventil geöffnet
Bewegung des Kolbens nach oben.
Verdichten des Gemisches. Der Druck steigt auf 10 bar an und die innere Energie und somit die Temperatur wir durch die zugeführte Arbeit erhöht.
Ventile geschlossen.
Zünden des Gemisches, und arbeiten.
Befindet sich der Kolben in deiner höchsten Position (oberer Todpunkt), ist die Verdichtung am größten. Das komprimierte Gemisch wird durch einen Funke der Zündkerze gezündet. Die Temperatur steigt auf 2000°C und der Druck auf 30 bar an. Der Kolben wird nach unten gedrückt und verrichtet so Arbeit. (Arbeitstakt). Durch die Übertragung der Kraft auf die Kurbelwelle, werden die anderen Vorgängen bei den anderen Takten durchgeführt.
Schematischer Aufbau des
Viertaktmotors
Der Zweitakt- Ottomotor
Verwendung:
Durch die einfache Bauweise und das geringe Gewicht eignet sich der Zweitakt-Ottomotor besonders für den Antrieb von Kraftfahrrädern (z.B. Mopeds). Dieser Motor wird meist als Einzylinder, seltener als Mehrzylindermotor gebaut.
Aufbau:
Beim Zweitaktmotor bilden zwei Kolbenhübe ein Arbeitsspiel, daher müssen je 2 Takte in einem Hub vereinigt werden. Der Motor besitzt keine Ventile; es strömt das Kraftstoff-Luft-Gemisch über Steuerschlitze in den Kurbelraum und anschließend in den Arbeitszylinder. Der Motor ist sehr einfach aufgebaut und besteht nur aus der Kurbelwelle mit Pleuel und Kolben sowie dem Arbeitszylinder mit den Einlaß- und Auslaßschlitzen. Zur Überleitung der vorverdichteten Gemisches von der Kurbelkammer in den Verdichtungsraum befinden sich im unteren Teil des Zylinders Überströmkanäle.
Arbeitsweise:
Bewegt sich der Kolben aufwärts, so entsteht im Kurbelgehäuse ein Unterdruck. Die rechte untere Kante des Kolbens gibt die Mündung des Einlaßkanals frei. Das Kurbelgehäuse füllt sich mit Kraftstoff-Luftgemisch. Gleichzeitig verdichtet der Kolben das im Arbeitszylinder vorhandene Gemisch, das in der Nähe des oberen Totpunktes durch den Zündfunken entzündet wird.
Der Druck der verbrennende Gase treibt den Kolben abwärts. Dieser Takt ist der Arbeitstakt des Motors. Bei der Abwärtsbewegung schließt der Kolben zunächst den Einlaßkanal und verdichtet anschließend das im Kurbelgehäuse befindliche Gemisch. In der Nähe des unteren Totpunktes gibt die rechte obere Kolbenkante den Auslaßkanal frei und die verbrannten Gase können über den Auspuff abströmen Gleichzeitig öffnet die linke obere Kante des Kolbens die Mündung des Oberströmkanals. Das im Kurbelgehäuse vorverdichtete Gemisch dringt in der Arbeitszylinder ein, drängt die restlichen Abgase hinaus (Spülung) und füllt den Raum mit frischem Gemisch.
Vergleich Zweitakt- und Viertakt-Ottomotor:
Vorteile des Zweitaktmotors:
niedrigere Herstellkosten
geringer Verschleiß durch wenig bewegbare Teile
hohe Drehzahlen
Vorteile des Viertaktmotors:
relativ kleiner Kraftstoffverbrauch
größeres Drehmoment
Schematischer Aufbau des
Zweitaktmotors
Rudolf Diesel
Rudolf Diesel (1858-1913) wurde am 18. März 1858 in Paris geboren. Sein Vater Theodor war bald nach der 84er Revolution von Augsburg nach Paris gegangen, weil er glaubte dort ein besseres Fortkommen zu finden als in den engen Verhältnissen seiner Heimat. Theodor Diesel hatte Buchbinder gelernt, und in Paris betrieb er eine kleine Werkstatt für Lederwaren. Vom Vorwärtskommen konnte aber keine Rede sein. Als er drei Kinder versorgen musste war oft Not in der kleinen dunklen Wohnung, in der Rudolf aufwuchs. Vater Diesel war wenig lebenstüchtig. Er hatte den Kopf voll von halbentwickelten Ideen. Er machte hochfliegende Pläne und wollte große Erfindungen machen. Die Folge davon war, dass er sein Geschäft vernachlässigte. Das gab oft Probleme in der Familie.
Rudolf aber begeisterte sich vorerst viel mehr für Maschinen. Viele Stunden verbrachte er in den stillen Sälen des Gewerbe-Museums, des ältesten technischen Museums der Welt. Hier war Rudolfs Welt. Hier träumte er und zeichnete seine Lieblinge.
Der Drang zur Mechanik musste ihm wohl angeboren sein, denn schon als Dreikäsehoch nahm er alle Apparate auseinander.
Mittlerweile war das Jahr 1870 herangekommen. Der Deutsch-Französische Krieg entbrannte, und nach der Schlacht bei Sedan wurden alle Deutschen aus Frankreich ausgewiesen. Der direkte Weg nach Deutschland führte durch das Kriegsgebiet und war deshalb gesperrt. So fuhr Familie Diesel nach England, wo die Mutter einige Jahre gelebt hatte. Dort besuchte er das Science Museum, und hier konnte er sich an Dampfmaschinen von Savery, Newcomen, Watt und Trevithick begeistern. Acht Wochen besuchte Rudolf eine englische Schule.
Dann kam eine Lebenswende für ihn. Ein Onkel, Mathematikprofessor Barnickel in Augsburg, bot an, ihn als Pflegesohn aufzunehmen. Die Not der Flüchtlinge war groß. Deshalb beeilte sich Vater Diesel, dem zwölfjährigen Rudolf ein Schild mit der Augsburger Adresse umzuhängen, ihn auf ein Rotterdamer Schiff zu bringen und ihn seinem Schicksal zu überlassen. So reiste Rudolf mitten im Krieg nach Augsburg, dort wo sein Vater einst ausgezogen war.
In Augsburg konnte Rudolf sich ganz der Ausbildung widmen. Er besuchte zunächst die Gewerbeschule. Und der Pflegevater sorgte zusätzlich für eine gute mathematische Grundlage. Mit vierzehn stand der Entschluss des Jungen fest, Mechaniker und Ingenieur zu werden. Nach dem Krieg waren die Eltern mit den Schwestern nach Paris zurück gekehrt. Des Vaters Geschäfte gingen schlechter als vor dem Krieg. Rudolf hätte gerne seine Familie wieder gesehen, aber dafür war kein Geld vorhanden. So schrieb er nach Paris: "Liebste Eltern, mein sehnlichster Wunsch ist, Mechaniker zu werden. In irgendeinem anderen Fach werde ich kaum etwas Tüchtiges erlernen Was Gott tut, das ist wohlgetan: Wäre ich nicht nach Deutschland gekommen, um auf einige Jahre von Euch getrennt zu werden, so wäre ich jetzt wahrscheinlich im Atelier, müsste arbeiten helfen und dabei könnte ich am Ende gar nicht mehr an Mechanik denken.
-Nicht wahr, ich darf Mechaniker werden?"
Im nächsten Jahr fuhr Rudolf nach Paris, denn für das Ingenieurstudium brauchte er die schriftliche Zustimmung des Vaters. Die Freude des Wiedersehens war groß, aber das war auch so ziemlich das einzige Erfreuliche an diesem Besuch. Vor allem die Mutter war gegen das Studium, damit er früher Geld verdienen und ihnen helfen könnte. Rudolf wehrte sich leidenschaftlich gegen diese Einstellung, denn er konnte einfach nicht mehr auf das Ingenieurstudium verzichten, und so setzte er seinen Willen durch.
Der Besuch fand einen traurigen Abschluss: Schwester Louise starb. Der Vater viel nun ganz in sich zusammen. Er verschrieb sich dem Spiritismus. Mit dessen Hilfe versuchte er Verbindung mit den Toten aufzunehmen. Seine Frau wollte von solchen übernatürlichen Dingen nichts wissen, und so baute sich allmählich eine Kluft zwischen den Beiden auf. Die Ehe zerbrach langsam, der Vater wurde seelisch krank und lebte zuletzt überhaupt nicht mehr in der Wirklichkeit. Über zwanzig Jahre dauerte diese Tragödie seiner Eltern, und Rudolf Diesel litt schwer darunter.
Der zweijährige Besuch der neugegründeten Industrieschule in Augsburg war für Rudolf eine gute Vorbereitung für die Technische Hochschule München, die er seit 1875 besuchte. Er bekam durch seine Tüchtigkeit ein Stipendium, war aber doch völlig mittellos. Er gab französischen Sprachunterricht. Mit dessen Gehalt konnte er gerade seine Zimmermiete bezahlen und mittags für 55 Pfennig etwas essen. "Seht, so schlage ich mich durchs Leben", schrieb er seinen Eltern. "Ich bin aber deshalb doch gern auf der Welt!"
Ja, die Tatsache seines Studiums ließ alles andere nebensächlich erscheinen. Er studierte mit einem wahrhaft fantastischen Eifer. Sein Sohn Eugen hat in einer Würdigung des Vaters geschrieben: "Er hatte den festen Entschluss gefasst, sich mit allen Kräften aus dem materiellen Elend heraus zu arbeiten, das schon seine ganze Kindheit überschattet hatte, und zudem beseelte ihn der verbissene Vorsatz, dereinst etwas Bedeutendes zu leisten. Er besaß ein ausgesprochenes Berufungsgefühl und hatte wohl eigentlich nie daran gezweifelt, zur Schaffung von etwas ganz Ungewöhnlichem bestimmt zu sein."
Noch während seines Studiums stellte er sich eine Forschungsaufgabe, der er sein Leben widmete:
Die Schaffung einer neuen, wirtschaftlichen Wärmekraftmaschine!
Sein Lehrer, der berühmte Professor Karl Linde (1842-1934), Erfinder der Ammoniak-Kältemaschine, stellte in einer Vorlesung fest, dass die besten Dampfmaschinen nur 6 bis 10 Prozent der im Brennstoff enthaltenen Wärme in nutzbare Arbeit umsetzten. Dann erklärte er seinen Schülern den Carnot´ schen Kreisprozess. Der französische Physiker Sadi Carnot (1796-1832) hatte sich vor einem halben Jahrhundert mit der Theorie der Dampfmaschine beschäftigt. Er wies nach, dass Wärme nur Arbeit leisten kann, wenn sie von einer höheren Temperatur zu einer niedrigeren absinkt. In einer Wärmekraftmaschine muss also ein Wärmekraftgefälle vorhanden sein. Die Natur des Wärmeträgers ist dabei gleichgültig. Bei einer Zustandsänderung von Gasen, bei der deren Temperatur gleich bleibt, wird alle dem Gas zugeführt Wärme in nutzbare Arbeit umgewandelt, abgesehen natürlich von den Reibungsverlusten in der Maschine. Einen solchen Vorgang nennt man "isothermisch". Carnot hatte also festgestellt, dass in einer idealen Kraftmaschine die Temperatur im Zylinder gleich bleiben müsse, damit die gesamte zugeführte Wärme in Arbeit umgewandelt werden könne. Die Dampfmaschine kann diese Forderungen niemals erfüllen, denn ihre Wirkung beruht ja auf der Abkühlung des ihr zugeführten Dampfes. Carnot starb schon mit 36 Jahren. Eine praktische brauchbare Maschine, die seine theoretischen Erkenntnisse nutzte, konnte er nicht mehr zu Ende denken, seither beschäftigten sich unzählige Wissenschaftler mit den hier offenbar bestehenden Möglichkeiten zur Schaffung eines rationellen Wärmemotors.
Rudolf Diesel überlegte das Gehörte gründlich. Er überlas nochmals seine Niederschrift im Kollegheft und ergänzte sie durch die Bemerkung, dass seiner Ansicht nach die Verwendung des Dampfes oder überhaupt eines Mittelkörpers falsch sei. Er dachte also an einen völlig neuen Wärmemotor. In einem plötzlichen Entschluss schrieb er an den Rand: "Studieren, ob es nicht möglich ist, die Isotherme praktisch zu verwirklichen!" Als der Student Rudolf Diesel das schrieb war, er 20 Jahre alt. 35 Jahre später sagte er dazu: "Damals stellte ich mir die Aufgabe! Das war noch keine Erfindung, auch nicht die Idee dazu. Der Wunsch der Verwirklichung des Carnotschen Idealprozesses beherrschte fortan mein Dasein. Ich verließ die Schule, ging in die Praxis, musste mir meine Stellung im Leben erobern. Der Gedanke verfolgte mich ständig."
Ja, erst musste er sich eine Stellung im Leben erobern. Dazu verhalf ihm sein Lehrer Linde, der ja seine Fähigkeiten kannte. Da Diesel Französisch sprach wie ein Franzose, schickte er ihn zur Einführung seiner Kältemaschine nach Frankreich. Nachdem er erst als Volontär bei der Errichtung einer Eisfabrik in Paris geholfen hatte, wurde er Direktor, Verkäufer, Berater, Konstrukteur, Zeichner und Monteur in einer Person. Aber er verdiente gut dabei, und das war erst mal die Hauptsache. Für seinen neuen Wärmemotor, den er entwickeln wollte, blieb allerdings nicht viel Zeit übrig, zumal er auch bald heiratete.
Immerhin arbeitete er auch jetzt ständig in Richtung seines Zieles. Alles, was über dem absoluten Nullpunkt von -273°C liegt, ist im physikalischen Sinn Wärme. Für die Kältemaschine wird Ammoniak als Kältemittel verwendet. Ammoniakgas wird bei 6 bis 7 bar Druck und 10°C flüssig. Diese Flüssigkeit siedet mit starkem Wärmeverbrauch, wodurch nun sehr tiefe Temperaturen erreicht werden können. Diesel hatte also dauernd mit den Zustandsänderungen von Gasen und Flüssigkeiten bei Druck- und Temperaturwechsel zu tun. Diese Kenntnisse mussten ihm bei der Schaffung seines Wärmemotors nützlich sein.
Auch mit dem Erdöl machte Diesel damals praktische Bekanntschaft. Freilich dachte noch niemand daran, es als "flüssiges Gold" zu bezeichnen. Wer damals prophezeit hätte, die flüssigen Brennstoffe würden einmal der Kohle Konkurrenz machen, den hätte man glatt ausgelacht. Diesel versuchte, mit Hilfe der Kälte aus Rohpetroleum Paraffin auszuscheiden, weil es in Industrie und Medizin vielfach verwendet wurde. Hunderte von Ölproben sind dabei durch seine Hände gegangen, und er lernte so seinen späteren Treibstoff gut kennen.
Vergessen hatte Diesel seine Motorpläne trotz der vielen anderen Arbeiten niemals. Der ständige Umgang mit Kältemaschinen brachte ihn auf den Gedanken eines Ammoniakmotors. Wie es sich für einen Erstling gehört, war das Verfahren höchst kompliziert. Durch Erhitzen und Abkühlen, Ausdehnen und Verdichten wollte er Kraft gewinnen, wobei Glyzerin als Aufnahmeflüssigkeit für das Gas dienen sollte. Fünf oder sechs Jahre hat er sich mit dem Problem herumgeschlagen, und er war lange recht hoffnungsvoll. Wenn er schließlich auch einsehen musste, dass er auf einem Irrweg war, so blieb doch als Gewinn die Erkenntnis, dass der neue Wärmemotor unbedingt mit hohen Drucken arbeiten müsse. Die Motorenbauer aber scheuten hohe Arbeitsdrucke. Diese erfordern eine sehr genaue Bearbeitung der druckführenden Teile. Der geringe Verdichtungsdruck beim Ottomotor machte ihnen schon Kummer genug, und da kam nun so ein Kältemensch daher und redete von 30-40 atü, also von einem zehnmal so hohen Verdichtungsdruck.
Von 1888 ab machte sich Diesel wohl mehr und mehr mit dem Gedanken vertraut, hochverdichtete Luft als Arbeitsmittel zu verwenden. Er hörte von einem Apparat, der nur durch Verdichtung und Ausdehnung von Luft, Wärme und Kälte erzeugen könne. Da musste er an Augsburg zurückdenken, an die Industrieschule. In der Lehrmittelsammlung gab es ein Luftdruck-Feuerzeug, das auf den jungen Schüler einen großen Eindruck gemacht hatte. Wie eine Injektionsspritze sah es aus oder wie eine kleine Fahrradpumpe. Drückte man den Kolben kräftig hinein, dann erhitzte sich die Luft innen durch die Verdichtung so stark, dass ein Stück Zunder im Boden des Zylinders aufglühte.
Das war doch was! Konnte man dieses Prinzip nicht für den gesuchten Motor verwenden?
Nun, vorerst war es nur ein Gedankenblitz. Aber in langen Überlegungen reifte die Idee. Zwei Jahre später, als er inzwischen für Linde nach Berlin übergesiedelt war, meldete er seine Erfindung an. Und weitere zwei Jahre später wurde ihm das Deutsche Reichspatent Nr. 67207 auf seine Verbrennungskraftmaschine erteilt.
Vom Vorbild der Dampfmaschine hat sich Diesel ganz gelöst. Gegenüber dem Ottomotor besteht der grundlegende Unterschied, dass der Kolben kein Brennstoff-Luft-Gemisch ansaugt, sondern reine Luft, die beim Rückgang des Kolbens auf etwa 35 atü verdichtet wird, wo durch sie auf etwa 800°C erhitzt. In diese heiße Luft wird Schweröl eingespritzt, das dabei zu einem Ölnebel zerstäubt, der sich in der heißen Luft sofort entzündet. Die Einspritzgeschwindigkeit wird so geregelt, dass der Arbeitsdruck im Zylinder ungefähr gleich bleibt, bis sich das Einspritzventil schließt; Jetzt wird der Kolben durch die Ausdehnung der auf 1500°C erhitzten Verbrennungsgase weitergedrückt bis zum Hubende. Beim vierten Hub werden die Gase ausgeschoben.
Vor allem die Möglichkeit, das billige Schweröl als Krafftstoff zu verwenden, war ein so entscheidender Vorteil des neuen Motors, dass Diesel mit Krupp in Essen und mit der Maschinenfabrik Augsburg einen Vertrag über die Erprobung abschließen konnte.
Der Bau des Versuchsmotors erfolgte in Augsburg. Als er fertig zusammengebaut war, ließ ihn Diesel mittels Riemenantrieb von der Transmission aus einlaufen. Dabei zeigten sich zahlreiche Mängel, die so gut wie möglich beseitigt wurden. Aber den Verdichtungsdruck bekamen sie nicht über 18 bar; an 30 bar war nicht zu denken.
Was nun? Musste man unbedingt so hohen Verdichtungsdruck haben? Benzin zündete doch bei einem viel niedrigeren Druck!
Also Benzin her! Diesel konnte seine Ungeduld nicht mehr bezähmen. Am 10. August 1893 legte er selber den Hebel der Brennstoffpumpe um, die nun ihren Benzinstrahl in die heiße Verdichtungsluft entsandte. Rumms! Es krachte wie ein Kanonenschuss, und alle duckten sich, denn Eisenbrocken flogen im Raum umher. Zum Glück waren es nur Stücke des am Zylinder angeschraubten Druckanzeigers; die Maschine selbst war heil geblieben. So konnten die Versuche weitergehen, und am 18. August schrieb Diesel: "Der Motor hat heute seinen ersten selbständigen Ruck getan; nur einmal herum: aber das Prinzip ist dadurch gerettet." Das war aber auch das einzige, was mit diesem ersten Motor bewiesen werden konnte. Schon vier Tage später erkannte der Erfinder: "Der Motor, wie er jetzt ist, geht nicht, der zweite wird unvollkommen gehen und der dritte wird gut; leider geht es nicht schneller, es muss eben alles tropfenweise zusammengetragen werden."
Vorerst wurde der Motor vollkommen umkonstruiert, doch wollte er auch dann nicht funktionieren. Vor allem die Brennstoffpumpe versagte immer wieder. Die damalige Fertigung konnte eine betriebssichere Einspritzpumpe einfach nicht herstellen. So sah sich Diesel gezwungen, den Brennstoff mittels Druck einzublasen. Glücklich war er über diese Lösung nicht, weil sie den ganzen Aufbau des Motors komplizierter gestaltete. Aber es gab keine Wahl; erst 1923, zehn Jahre nach Diesels Tod, waren Einspritzpumpen so weit entwickelt, dass die Dieselmotoren in der ursprünglich vorgesehenen Weise arbeiten konnten.
Aber auch mit der Lufteinblasung kam der Motor zunächst nicht selbständig ins Laufen. Eugen, der Sohn des Erfinders, erzählte über diese Versuche: "Wieder gab es zunächst, während er von der Transmission angetrieben wurde, nur einzelne Verbrennungen, Rucke an der Kurbel, Feuerstrahlen, die aus dem Auspuffrohr schossen. Immer wieder tastete und probierte Diesel herum. Er verstellte Einblasung, Steuerung, Pumpen. Plötzlich wurden durch eine Einstellung des Brennstoffventils die Verbrennungen ruhiger. Es war am 17. Februar 1894.Diesel hatte zufällig einmal nicht den Blick auf den Motor gerichtet, der durch die Transmission angetrieben wurde. Der Auspuff knallte. Da nahm Monteur Lindner wahr, wie durch das sich drehende Transmissionsrad der um das Schwungrad laufende straffe Teil des Treibriemens schlaff wurde, der bisher schlaffe Teil sich plötzlich straffte. Es hatte also ein Wechsel der treibenden Kraft stattgefunden! Statt den Motor anzutreiben, wurde der Riemen nunmehr vom Motor gestrafft. Das war die erste selbständige Kraftäußerung der Maschine. Von der Bedeutung des Augenblicks erfüllt, zog Linder schweigend die Mütze, und erst dadurch wurde Diesel auf das Ereignis aufmerksam. In stummer Freude drückte er Linder die Hand."
Etwa eine Minute war der Versuchsmotor selbständig gelaufen und hatte dabei 88 Umdrehungen gemacht, also etwa eineinhalb in der Sekunde. Diesel glaubte, er sei am Ziel, doch wurde er böse enttäuscht. Obwohl er wie ein Besessener arbeitet, kam er während eines ganzen Jahres nicht weiter. Ja, manchmal schien es, als sei alle Mühe vergebens, dass der Motor niemals richtig arbeiten würde. Es gehörte viel Glauben an die Richtigkeit seiner Erfindung dazu, um jetzt durchzuhalten, zumal er und seine Idee von vielen Seiten gehässig angefeindet wurden. Erst im Jahr 1895 waren die größten Schwierigkeiten beseitigt. Der Lauf des Motors wurde besser. Die Leistung stieg von 14 auf 23PS. Am 26. Juni 1895 wurde durch genaue Betriebsversuche festgestellt, dass der Dieselmotor nicht einmal die halbe Brennstoffmenge des besten Benzinmotors benötigte. Die bei Dauerversuchen gemachten Erfahrungen wurden bei dem im Frühjahr 1896 konstruierten Motor verwertet. Ende Januar 1897 konnte man feststellen, dass der Dieselmotor vollendet sei, und Diesel schrieb mit Recht: "Noch kein Motor hat das erreicht, was der meine erreicht."
Diesel hatte gesiegt, und er erlebte nun einen ungeheueren Triumph. In aller Welt sprach man von dem neuen Wundermotor. Wissenschaftler und Zeitungsleute, Fabrikanten und Agenten gaben sich in Augsburg die Türklinke in die Hand. Alle wollten den neuen Motor sehen, wollten darüber schreiben, wollten darüber schreiben, wollten sich Herstell- oder Vertriebsrechte sichern. Noch im Jahre1896 verkaufte Diesel sein amerikanisches Patent für nicht weniger als eine Million Mark; andere Länder folgten mit günstigen Verträgen. Mit einem Schlag war er reich, anerkannt, ja berühmt. Sein Erfolg war beispiellos.
Rückschauend muß man feststellen, dass das Glück zu plötzlich sein Füllhorn über Diesel hereinbrach. Die Leichtigkeit, mit der er auf einmal alles erreichen konnte, verwirrte seine Urteilskraft. So ließ er sich von falschen Freunden auf Gebiete locken, von denen er nichts verstand. Ölkönig wollte er werden, und so steckte er viel Geld in galizische Ölfelder. Dann kamen Rückschläge: Patentprozesse, Kinderkrankheiten an den gelieferten Motoren, Versagen einer Neukonstruktion, Anfeindungen mancherlei Art. Diesel hatte ein Jahrzehnt schwerster Beanspruchung hinter sich, und seine Nerven waren dem plötzlichen Ansturm nicht gewachsen. Ein halbes Jahr musste er völlig ausspannen, und während dieser Zeit ging Vieles schief. Nachher überanstrengte er sich weil er meinte, er müsste sich um alles kümmern. Die Ölfelder fraßen Geld aber Öl floß nicht. Der Bau einer großen Luxusvilla verschlang große Summen. So zerrannen Millionen in seinen Händen.
Zu allem Unglück wurde jetzt ein Charakterzug offenbar, den er wohl von seinem unglücklichen Vater geerbt hatte: Er beschäftigte sich mit Weltverbesserungsvorschlägen! Die Schatten seiner armseligen Jugend wurden wach, als er mit wirklichkeitsfremdem Idealismus ein soziales System ausarbeitete, das er Solidarismus nannte. Er war sehr stolz darauf, aber die Welt kümmerte sich zu seiner Enttäuschung nicht um seine Lösung der sozialen Frage.
So wurde Rudolf Diesel, den alle Welt als den Erfinder, als einen der erfolgreichsten Führer der internationalen Wirtschaft kannte, innerlich immer unsicherer. Nicht zuletzt trug dazu die Furcht vor dem Charaktererbe des Vaters bei. Schaudernd blickte er in Abgründe, die sich in seiner Seele auftaten. Er meinte nicht nur körperliches Leiden, als er klagte: " Mir geht es seit einiger Zeit nicht nach Wunsch. Mein Herz macht mir viel zu schaffen; manchmal meine ich es bleibe ganz stehen." Während der Erfinder an Leib und Seele zermürbte, wuchs sein Ruhm von Tag zu Tag. Der Dieselmotor eroberte sich immer weitere Anwendungsgebiete, immer größere Ausführungen wurden gebaut. Weltweites Aufsehen erregte 1912 die erfolgreichen Fahrten des ersten großen Motorschiffes "Selandia". Aber alle diese Erfolge ließen das Dunkel, das in Diesels Seele gefallen war nicht wieder aufhellen. Als 1913 eine finanzielle Zerreißprobe kam, fasste er den unheilvollen Entschluss, freiwillig aus dem Leben zu scheiden.
Am 29. September 1913 bestieg er mit Freunden in Antwerpen den Dampfer "Dresden", um nach England zu fahren. Gegen 22 Uhr verabschiedete er sich von seinen Begleitern in anscheinend bester Laune. Am Morgen herrschte große Aufregung: Diesel war nicht mehr an Bord! Sein Bett war unberührt, Hut und Mantel fand man an der Schiffsreling. Kein Hinweis sonst; man stand vor einem Rätsel. Die Weltpresse hatte eine Sensation. Geschäftige Federn spannen Märchen und Legenden um das Verschwinden des berühmten Mannes.
Elf Tage später sichtete ein holländisches Lotsenboot eine Leiche im Meer. Das Boot besaß keine Funkeinrichtung, und die Besatzung wusste daher nichts von der Aufregung um Diesels Verschwinden. Auf See ist es nicht üblich, Tote an Bord zu nehmen. So stellte man nur die Gegenstände und Papiere sicher, die der Tote bei sich trug und die von Diesels Söhnen später als Eigentum ihres Vaters erkannt wurden. Die Leiche selbst blieb für immer im Meer.
So starb ein großer Ingenieur, der einst das stolze Wort prägte: "Wollen ist können!" Sein Sohn Eugen schuf ihm ein wundervolles Denkmal mit der glänzenden Darstellung eines Lebens: "Rudolf Diesel- sein Leben, sein Schicksal."
Das Werk Diesels aber hat im letzten halben Jahrhundert immer größere Weltbedeutung erlangt. Der Dieselmotor hat sich vor allem die schweren Verkehrsmittel erobert; Lastkraftwagen und Straßenschlepper mit Dieselantrieb laufen in jedem Erdteil zu Tausenden. In Europa verdrängten Elektro- und Dieselloks gemeinsam die Dampflokomotiven. Die Elektrifizierung lohnt sich nur auf den Hauptstrecken mit besonders starkem Verkehr. Die Nebenbahnen gingen daher zum Dieselbetrieb über; Schienenbusse brachten eine große Beschleunigung des Personenverkehrs mit sich. Zu "Motorriesen" haben sich die Schiffsdieselmotoren entwickelt. Führend auf diesem Gebiet ist das Augsburger Werk, in dem der Dieselmotor zuerst gebaut worden ist.
Dieselmotor eines Autos.
Zentrale Bedeutung für einen
Verbrennungsmotor hat die Art der Flamme, beim Dieselmotor und wie auch beim
Ottomotor lassen sich daraus alle Eigenschaften und besondere
Konstruktionsmerkmale ableiten.
Anders als beim Ottomotor kommt beim Diesel das Prinzip der Diffusionsflamme zum Einsatz. Das heißt, Luft und der Brennstoff werden nicht vor der Verbrennung durch vergasen oder verdampfen vermischt. Die Vermischung des Brennstoffes mit Luft ist natürlich unumgänglich und Voraussetzung für die Verbrennung. Wie die Bezeichnung Diffusionsflamme bereits verrät, werden Brennstoff und Luft durch Diffusion vermischt. Ein Beispiel für eine Diffusionsflamme, mit der jeder von uns schon einmal Erfahrungen gemacht hat, ist die Kerze. Hat man die Kerze einmal entzündet, verdampft ständig heißes Wachs, steigt auf, vermischt sich durch Diffusion mit Luft, das Gemisch entzündet sich und verbrennt. Unter Diffusion versteht man eine Ausbreitung eines Stoffes vom Ort hoher Konzentration zum Ort niedriger Konzentration. Die Kerze ist jedoch nicht das einzige Beispiel für eine solche Flammenart. Auch alle Öl- und Gasfeuerungen arbeiten nach diesem Verfahren. Bedingt durch die Diffusion ist die Konzentration des Kraftstoff-Luft-Gemisches nicht konstant.
Der Diesel verfügt bekanntlich über Einspritzdüsen, welche den Kraftstoff direkt in den Brennraum oder in die Vorkammer oder Wirbelkammer einspritzen. Der Brennstoff wird nun eingespritzt und durch den hohen Druck und die feine Zerstäubung der Düse bilden sich sehr kleine Tröpfchen. Durch die hohe Verdichtung der angesaugten Luft im Zylinder, verdampfen diese Tröpfchen und vermischen sich weiter durch Diffusion.
Dass sich Luft beim Verdichten erhitzt, kann man beim Aufpumpen eines Fahrradreifens beobachten. Nach einigen schweißtreibenden Bemühungen wird man feststellen, dass sich die Luftpumpe nicht unwesentlich erhitzt hat. Bei der Expansion beobachtet man genau den gegenteiligen Effekt. Wie bereits erwähnt ist die Konzentration des Kraftstoff-Luft-Gemisches nicht konstant, was durch die unterschiedliche Verteilung der Tröpfchen und die Vermischung und Diffusionsvorgänge hervorgerufen wird, die örtlich sehr unterschiedlich schnell verlaufen kann.
Der große Vorteil der Diffusionsflamme ist nun, dass es immer einen Bereich ergibt der in den Zündgrenzen liegt. Unter Zündgrenzen versteht man den Bereich in dem das Mischungsverhältnis von Kraftstoff und Luft liegt, damit es überhaupt zündet. Die schönste Kerze nützt nichts, wenn sie in einem Raum steht in dem ein Vakuum herrscht. Nur Brennstoff alleine ohne Luft kann nicht verbrannt werden. Jedoch auch das Gegenteil ist nicht von Vorteil. Bei zu viel Luft kann die Verbrennung nicht fortgesetzt werden. Es finden sich keine Reaktionspartner um die Reaktion in Gang zu halten. Die Verbrennung kommt zum Ende oder lässt sich erst gar nicht starten.
Der Diesel verdichtet nun so hoch, dass das Kraftstoff-Luftgemisch sich selbst entzünden kann. Eine Zündkerze ist nicht notwendig. Es genügt ein einziger Kraftstofftropfen, der verdampft und um den sich ein Gemisch gebildet hat, das in den Zündgrenzen liegt. Wenn man so will kann jeder Kraftstofftropfen Zündkerze spielen und davon gibt es bei der Einspritzung Tausende. Der Diesel besitz, salopp gesprochen, tausende Zündkerzen. Die Selbstzündung hat den Vorteil, dass das Gemisch stets zuverlässig gezündet werden kann. Würde man eine Zündkerze verwenden, müsste man sicher stellen, dass sich am Ort wo die Zündkerze ist, sich auch ein zündfähiges Gemisch befindet. Was wie oben bereits erläutert sich, aufgrund der Gemischbildung, nur sehr schwer bis gar nicht beeinflussen lässt. Genau das ist eines der Hauptprobleme beim Benzindirekteinspritzer, der zur Verbrauchsreduktion in weiten Leistungsbereichen auch mit dem Prinzip der Diffusionsflamme betrieben werden soll, nur eben ohne Selbstzündung, aber mit Zündkerze. Schwankungen beim Zeitpunkt der Zündung wirken sich verheerend auf den Wirkungsgrad und die Drehmoment-Entfaltung aus. Der Fahrer würde das durch ein Ruckeln zur Kenntnis nehmen. Der Zündzeitpunkt des Diesel hängt untrennbar mit der Gemischbildung und dem Einspritzzeitpunkt zusammen. Dieser Zusammenhang ist durch die Diffusionsflamme gegeben. Nach der Einspritzung muss sich ein zündfähiges Gemisch bilden, das sich dann selbst entzündet.
Auf die Gemischbildung wird bei der Konstruktion eines neuen Motors Einfluß genommen. Während des Betriebes wird der Zündzeitpunkt, bei verschiedenen Lastzuständen, nur noch über den Einspritzzeitpunkt bestimmt. Bei falschem Zündzeitpunkt beginnt ein Dieselmotor stark zu rußen. Beim Ottomotor kann man Zündung und Gemischbildung trennen, beim Ansaugen wird eingespritzt, das Gemisch verdichtet und mit der Zündkerze zur Zündung gebracht.
Beim Diesel spritzt man erst kurz bevor man zünden will ein also während der Verdichtungsphase und nicht schon während des Ansaugens. Kurz davor, weil Einspritzung und Gemischbildung eine gewisse Zeit benötigen.
Bisher war immer die Rede von Luft, mit der sich der Kraftstoff mischt. Man könnte auch auf die Idee kommen einen Motor mit reinem Sauerstoff zu betreiben. Für einen PKW liegt natürlich Luft als Arbeitsgas am nächsten. Sie ist überall verfügbar und muß nicht vom Fahrzeug mitgeführt werden. Reiner Sauerstoff würde die Reaktion natürlich stark beschleunigen, auch müßte kein Ballastgas bei der Verbrennung mitgeschleppt werden, wie Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und andere Rest- und Edelgase. Man erinnere sich nur an den glimmenden Holzstab im Chemieunterricht, der dann in reinen Sauerstoff gehalten wird und dann heftig zu brennen beginnt. Folglich könnte mit Sauerstoff mehr Brennstoff pro Arbeitstakt zur Verbrennung gebracht werden, was natürlich die Leistung steigert. Die Bauteile würden jedoch mechanisch wie thermisch überlastet werden. Der Aufwand für Bauteilkühlung und andere exotische Werkstoffe würde in keinem Verhältnis zu den Kosten stehen. Deshalb ist man keineswegs traurig über Luft als Arbeitsmedium. Sogar froh, da so die Belastungen beherrschbar bleiben.
Auch die Begriffe Brennstoff bzw. Kraftstoff sind bewußt gewählt. Für einen Dieselmotor kommt nicht nur der Dieselkraftstoff der Tankstelle in Frage. Auch Schweröl oder Rapsöl kann verbrannt werden. Schweröl ist ein Abfallprodukt der Mineralölindustrie bei der Gewinnung der bekannten Kraftstoffe und ist der Kraftstoff für große Schiffsdiesel. Es weist viele Verunreinigungen auf und ist so zähflüssig, daß es vorgewärmt werden muß, um es fließfähig zu machen. Auch müssen Vorkehrungen getroffen werden, damit es durch die Verunreinigungen nicht zu erhöhtem Verschleiß kommt. Zugegeben, kein besonders guter Brennstoff, aber billig was für große Schiffsdiesel mit entsprechenden Verbrauch von entscheidender Bedeutung ist. Außerdem muß der Abfall an der Raffinerie ja auch entsorgt werden.
Funktion des Dieselmotor
Takt:
Bewegung des Kolbens nach unten. Es entsteht Vakuum. Dadurch wird nur Luft angesaugt.
Takt:
Kolben Bewegung nach oben. Verdichten der Luft. Ventile geschlossen
3. Takt:
Kurz vor dem oberen Totpunkt wird Kraftstoff eingespritzt.
Zum 3. Takt:
Durch den enormen Hitzeanstieg der verdichteten Luft, entzündet sich das Luft-Diesel- Gemisch. Der Kolben wird durch die Ausdehnung nach unten gedrückt. Durch die Übertragung der Kraft auf die Kurbelwelle werden die anderen Vorgängen bei den Takten durchgeführt.
4. Takt:
Kolbenbewegung nach oben. Ausschieben der Abgase. Auslassventil geöffnet.
Anhang:
Ein Dieselmotor verbraucht im Vergleich zu anderen Kraftfahrzeugmotoren (Ottomotoren) im Teillastbetrieb (z.B. im Stadtverkehr) weniger Kraftstoff und gibt erheblich weniger Kohlenmonoxid sowie weniger Kohlenwasserstoffe ab. Gegenüber anderen Kraftfahrzeugmotoren enthalten die Abgase von Dieselmotoren jedoch mehr Festpartikel (Ruß). Richtige Wartung von Dieselmotoren ist unbedingt erforderlich, da anderenfalls der Rußanteil auf das 5- bis 10fache des Normalwertes steigen kann. Dieselmotoren sind bedingt durch das Verbrennungsverfahren lauter als Ottomotoren. Besonders beim Kaltstart und im Leerlauf können Dieselmotoren eine unangenehme Lärmquelle darstellen. Aufgrund der zukünftig stärker gewichteten Kohlendioxidminderung und damit der Kraftstoffverbrauchsreduzierung favorisiert die Fahrzeugindustrie im Personenkraftwagenbereich den direkteinspritzenden Dieselmotor. Gegenüber dem Ottomotor mit Lambda-Regelung und Drei-Wege-Katalysator verursachen Dieselmotoren gesundheitsbedenkliche Rußemissionen sowie höhere Stickoxidemissionen und Schwefeloxidemissionen.
Vorteile: - Treibstoff billiger
- geringer Verbrauch
- die Luft wird stärker verdichtet (auf 1/20 des Volumens), es kommt zur Selbstentzündung
- höherer Wirkungsgrad
Nachteile: - der Motor ist schwerer, da komplizierter
- der Motor ist lauter
Unterschiede zum Ottomotor: - kein Vergaser
- keine Zündkerzen
- nur Luft wird im 1. Takt angesaugt
Felix Wankel
Felix Wankel wurde am 13.8.1902 in Lahr geboren. 1915
übersiedelt er mit seiner Mutter nach Heidelberg, Bergstr. 29. Er
besuchte das Gymnasium in Weinheim, das er 1921 in der Unterprima verlies, da
er mit Mathematik und Physik auf Kriegsfuß und anschließend begann er eine
Lehre als Verlagskaufmann im Verlag von Carl Winter in Heidelberg. Dort zog er
sich häufig in das Buchlager zurück und las Biographien über Technik- und
Wissenschaftspioniere und holte sich Anregungen über Geräte und Maschinen, die
er dann in seiner Werkbude nachbaute.
1924 konnte er mit Gleichgesinnten im Abstellraum des Vaters eines Freundes
eine Werkstatt einrichten. Man baute unter anderem ein dreirädriges
stromlinienförmiges Fahrzeug und entwarf für eine Schmierapparate-Fabrik ein
"Fettdurchfluss-Anzeigegerät". Bei der zum ersten Mal ein später
"Kolbentragscheibe" genanntes Teil und ein Ringraum vor. In diese Zeit datieren
erste Überlegungen, Benzinmotoren ohne hin- und hergehende Teile zu bauen.
Wankel hauste in einem kleinen Hinterhofzimmer in der Brückenstr. 36, nachdem
seine Mutter schon 1924 nach Lahr gezogen war. Ihm wurde 1926 gekündigt, und er
lernte den arbeitslosen Ingenieur Ernst Wolf kennen, der bis 1936 bei der
Anfertigung von Maschinenteilen und Abdichtungsversuchsvorrichtungen half. Er
half ihm, seine Ideen in die exakte Form von technischen Zeichnungen zu
bringen.
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Nun hatte er Zeit verschiedene Rotationskolbenmaschinen zu
entwerfen, angeregt durch sein Anzeigegerät und ein Gasturbinenprojekt von BBC
im nahen Mannheim. Er schrieb in sein Tagebuch: "Der große Unterschied zwischen
diesen Bestrebungen (BBC) und meinen besteht darin, daß ich nicht den Dampf-
oder Wasserstrahl durch einen Strahl entzündeten Gases ersetzen will, sondern
ich möchte denselben Gaskraftvorgang, der sich in der hin- und hergehenden Kolbenzylindermaschine
auswirkt, in der Drehung abspielen lassen. Ansaugen, Verdichten, Entzünden und
Auspuffen soll in der seitherigen Form geschehen, da ich sie für die
Entzündungs-Kraft-Eigenschafen des Benzins usw. am entsprechendsten halte. Nur
die mechanische Gestaltung und Bewältigung dieser »Gasbearbeitung« mit voll
umdrehenden Kolben statt mit umkehrenden ist meine Aufgabe."
In seiner "Mechanischen Werkstatt" fahndete er in den folgenden Jahren zwar
ergebnislos nach Lösungen dieser Aufgabe. Er lernte aber Leopold Plaichinger
und Wilhelm Keppler, später Wirtschaftsberater Hitlers, kennen. In den
folgenden Jahren waren diese wichtige Fürsprecher und Förderer. Er hatte 1927
Kontakt mit Goebbels, 1928 sogar mit Hitler und Hess in seiner Funktion als
Jugendführer, die aber ohne Folgen für sein eigentliches Streben waren.
Der Wankelmotor konnte sich nicht richtig durchsetzen, weil er hohe Probleme mit dem Abdichten hatte und hat.
Hier sind Autos zu sehen, die mit einem Wankelmotor betrieben werden.
So sieht der Wankelmotor im RO80 aus
Die Vier-Takte von dem Wankelmotor
Die Takte sind gleich wie beim Ottomotor, nur das sie in einer
Drehbewegung ausgeführt werden. (Siehe Seite 8 und 9)
Eigene
Meinung:
Nikolaus Otto kam aus einer armen Familie. Der Vater starb früh, und so musste er einige Strapazen mit machen. Er hatte früh eine Idee und setzte sie dann auch um. Allerdings wollte er gleich etwas gescheites und baute einen Vierzylindermotor. Trotz des hohen Geldverbrauches machte er weiter und baute einen Einzylinder-Versuchsmotor. Der ihn hoch Verschultete. Er hatte immer noch den Mut weiter zu machen. Doch gab es hier auch große Probleme. Er hatte ein Problem mit dem sicheren Lauf des Motors. Auf diese Lösung kam er nur zufällig. Er hat es wirklich toll gemacht. Der Viertaktmotor ist nun auf der ganzen Welt verbreitet, und kein Kind kennt ihn nicht.
Mich hatte am meißten Rudolf Diesel interessiert. Er hatte nur Probleme in der Familie, arbeitete sich aber trotzdem bis an die Grenze hoch. Und das sogar während der Kriegszeit. Er war auch sehr mutig, etwas auszuprobieren was nicht viel mit dem damaligen zu tun hatte. Ich kann mir das richtig vorstellen, wie die Leute ihn auslachten und nachher dumm schauten. Oder seine Ungeduld und schwindende Hoffnung ob diese Maschine überhaupt je laufen würde. Er versuchte es eines Tages mit Benzin und merkte das man die Zeit doch nicht überspringen kann wenn man es sich leichter machen will. Ich fand es auch interessant, dass der Erfolg so schnell auf ihn einfiel. Und das die Maschine über seine Ansprüche hinaus, viel besser war als er dachte. Traurig fand ich es allerdings das er nicht wusste was er mit soviel Geld machen sollte. Es brachte ihm nur Probleme. So nahm er dann eines Tages sich das Leben. Schade eigentlich.
Felix Wankel
hatte es im Leben auch nicht gut. Er wurde von seiner Lehre als Verlagskaufmann
gekündigt. Sein erster großer Erfolg begann er mit einem
Fettdurchflussanzeigegerät. Er war erfinderisch sehr begabt. Als er dann Ernst
Wolf kennen lernte, war es für ihn nicht schlecht, denn er half ihm seine
Gedanken auf Papier zu bringen. Ernst Wolf half ihm aber auch beim Bau des
ersten Wankelmotors.
Quellen:
Autor: Julius Moshage
Verlag: Arena-Verlag Georg Popp Würzburg
Jahr: 1974
http://www.fundus.org
http://www.studenthelp.de
http://www.pommerngreif.de/trabbi/trabant/motor.html
http://www.niester.de/p_technik/otto/index.html
http://www.howstuffworks.com/engine.htm
Technik in unserer Welt
Autor: Herbert W. Franke
Verlag: Lexikothek Verlag GmbH
Jahr: 1975
Autor: Ing. H. Trzebiatowsky VDI
Verlag: Fachbuchverlag Dr. Pfannenberg & Co., Gießen
Jahr: 1964
Autor: Ing. H. Trzebiatowsky VDI
Verlag: Fachbuchverlag Dr. Pfannenberg & Co., Gießen
Jahr: 1964
Autor: Ernst Wagner
Verlag: Frankfurter Fachverlag
Jahr: 1991
http://www.thermo-a.mw.tu-muenchen.de/Lehrstuhl/Forschung/dorer_prechtl.html
http://www.geschichte.2me.net/dcx_1924.htm
http://www.fif.mw.htw-dresden.de/
http://www.fh-weingarten.de/studiengaenge/m/labore/kfzl/diesel.html
http://umwelt.ew.ph-erfurt.de/projekte/verum/auto/bo4tdiesel.htm
http://www.energie-info.de/eglossar/node29.html
http://www.gfai.de/www_open/perspg/g_heinz/akustik/diesel/diesel.htm
http://www.iav.de/deut_eng/mot_antr/diesel.html
http://www.drei-liter-auto.de/3_l_lupo/technik/technik.htm
http://141.100.156.103/hilfe/sem6/km/km2_index.html
http://www.ksk-tut.de/wir/mi/diesela.html
http://www.umweltbundesamt.de/uba-info-daten/daten/dieselmotor.htm
http://techni.tachemie.uni-leipzig.de/otto/otto_g0.html
http://www.loreley.de/otto-museum/
http://www.bygpub.com/HowStuffWorks/engine.htm
http://www-personal.wccnet.org/~eileen/Four_Stroke.html
http://www.iee.et.tu-dresden.de/~schubert/belege/diplom/node3.html
http://home.t-online.de/home/Konst_K/motor.htm
http://www.automobilrevue.ch/rubrik/technik.html
http://www-iwe.etec.uni-karlsruhe.de/lehre/weu/v12/tsld003.htm
http://www.its.uni-karlsruhe.de/allg/schwerpunkte/ottomotor/personal.htm
http://www.pommerngreif.de/trabbi/trabant/motor.html
http://www.energie-info.de/eglossar/node129.html
http://www.auto-news.de/technik/inhalt.htm
http://marvin.sn.schule.de/~physikms/pruefung/inhalt.htm
http://www.rheinlaenderwartburgfreunde.de/Allgemein/Technik/Technik.htm
http://www.iav.de/deut_eng/mot_antr/otto_mot.html
http://www.tr.shuttle.de/tr/saarburg/chemie/motor/ottomo.htm
http://umwelt.ew.ph-erfurt.de/projekte/verum/auto/bomotor.htm
http://library.thinkquest.org/C006011/german/sites/ottomotor.php3 sehr empfehlenswert!
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