Motorkonzepte

Ideen und Rohrkrepierer

Alternative Motorkonzepte beflügeln seit jeher die Phantasie der Ingenieure. Die Geschichte des Motors ist reich an Ideen und Irrwegen. Wir stellen einige der faszinierendsten und ungewöhnlichsten Konzepte vor.

13.08.2007 | Redakteur: Jens Badstübner

Der Motorenbau faszinierte schon vor Benz, Daimler, Otto, Diesel und Söhnlein zahlreiche Erfinder, Konstrukteure, Bastler – und Spinner. Aber erst Otto und Diesel legten den Grundstein

Der Motorenbau faszinierte schon vor Benz, Daimler, Otto, Diesel und Söhnlein zahlreiche Erfinder, Konstrukteure, Bastler – und Spinner. Aber erst Otto und Diesel legten den Grundstein für die heutige Antriebstechnik des Autos. Söhnlein gab dem Zweitakter seine Schlitze und sorgte dafür, dass er rund 80 Jahre lang das Feld der Klein- und Motorradmotoren sowie – in geringerem Umfang – auch der Automobilantriebe beherrschte; heute ist er (fast) nur noch als Modellmotor, in Kettensägen und in den größten Schiffsantrieben zu finden.

Allein bei den Zweitaktmotoren gab es viele Varianten und Konstruktionen. Sie erlebten ihre Blütezeit in den dreißiger Jahren des vorigen Jahrhunderts, nachdem DKW 1932 seine Motoren von Nasen- auf Flachkolben mit Umkehrspülung nach Schnürle umgestellt hatte. Die Umkehrspülung war bereits 1908 von Paul A. Kind und im Jahr 1911 von A. Schmidt patentiert worden.

Noch älter ist der Zweitakt-Gegenkolbenmotor nach Kindermann (1877), den Oechelhäuser und Junkers ab 1893 als Großgasmaschine bauten. Junkers perfektionierte den Gegenkolbenzweitakter später im eigenen Unternehmen bis zum Diesel-Flugmotor und löste damit eine Welle von Nachbauten aus. Heute gibt es noch immer einen russischen Gegenkolbenzweitakter als Panzermotor, außerdem fertigt Peter Hofbauer solche Motoren in den USA für militärische Zwecke.

Der Hinweis auf den heute fast vergessenen Zweitakter ist deshalb wichtig, weil er als Motorrad- Rennmotor enorme spezifische Leistungen bei minimalem Raumbedarf und Gewicht erzielte (Stichwort „Leistungsgewicht“). Zudem kultivierte Honda die Kompressionszündung in den achtziger Jahren. Mit ihrem hohem Abgasanteil im Brennraum bewährte sich die Kompressionszündung sowohl in einem Rennmotor als auch in einem Rollermotor mit 125 Kubikzentimetern, der allerdings vor einigen Jahren aus der Serie verschwand.

Eine kurze Blütezeit erlebte auch der Wankelmotor. Zunächst hatte man gehofft, durch Verzicht auf Kurbeltrieb und Ventile die Drehzahlgrenzen, die den Zwei- und Viertaktmotoren gesetzt waren, ausschalten zu können. Theoretisch hätte der Wankel tatsächlich das Bindeglied zwischen Hubkolbenmotor und Turbine sein können, doch die fehlende Abdichtung verhinderte dies. Lediglich Mazda löste das Dichtleistenproblem in mühevoller Feinarbeit und konnte die Lebensdauer der eines Viertakt-Automobilmotors angleichen.

Doch spornte der Wankelmotor zahlreiche Erfinder an, besser sein zu wollen. „Rotationsmotoren“ sprossen wie Unkraut aus dem Boden. Fast alle Automobilhersteller verbrannten sich die Finger an dem Versuch, nicht nur den Wankelmotor zu übertreffen, sondern auch den „überholten“ Hubkolbenmotor. Lediglich Volkswagen hatte keine Wankellizenz gekauft. Nichts davon hielt kritischer Prüfung stand, alles verschwand bald in den Archiven.

Anders der Viertaktmotor. Anfangs versuchte man den teuren und damals unzuverlässigen Ventiltrieb auszuschalten. Mercedes-Benz baute deshalb von 1910 bis 1923 den ersten und einzigen Schiebermotor mit einem oszillierenden Hülsenschieber nach Knight. Der 2,6- und 4,2-Liter-Motor kam in verschiedenen Modellen zum Einsatz.

Vor allem bei Motorradmotoren wurden Kegel- und Rundschieber, später auch Flachschieber erprobt, wie sie die DVL schon vor dem Krieg entwickelt hatte. Letztere erlebten eine kurze Periode der Weiterentwicklung bei NSU (von 1950 bis 1954), um dann langsam, aber endgültig zu verschwinden. Der Kugelschieber von Ficht war der letzte Vertreter seiner Art (1980). Die rotierenden Schieber im Zylinderkopf erlaubten bessere Zylinderfüllungen und höhere Leistungen als Ventilmotoren. Allerdings hatten sie Schwierigkeiten, bei der Abdichtung gegen den Brennraum den steigenden Gasdruck zu verkraften. Ebenso wäre es bei ihnen außerordentlich schwierig gewesen, vollvariable Steuerzeiten zu erreichen, die künftig selbst dem Diesel weiterhelfen werden.

Auch der Kurbeltrieb, der die hin- und hergehende Kolbenbewegung über ein Pleuel in eine Drehbewegung umsetzt, war vielen Erfindern ein Dorn im Auge. Zum Teil hält sich bis heute die Vorstellung, dass mit einem Freikolbenmotor ganz ohne Kurbeltrieb alle Probleme beseitigt wären. Auch Freikolbenmotoren reichen bis ins 19. Jahrhundert zurück. Damals wurden sie als Großgasmaschinen gebaut. Einer der letzten Vertreter dieser Bauart – allerdings mit kleinen Hubräumen – war Frank Stelzer, doch auch er konnte die Motorenhersteller nicht von den Vorzügen des Motors überzeugen.

Wie steht es mit einer Kurven- oder Taumelscheibe anstelle der Kurbelwelle? Weder eckige Zylinder noch Zylinder als kreisförmige Röhre und unzählige andere Vorschläge konnten den konventionellen Hubkolbenmotor verdrängen. Das trifft auch auf den „Schwingkolben-Turbomotor“ (2004) zu. Mit seinen kreisförmigen „Zylindern“ und den gekrümmten Kolben ist seine Fertigung fast unbezahlbar. An diesem Punkt scheitern die meisten Erfindungen, weil der Hubkolbenmotor einfacher und damit preiswerter zu bauen ist.

Galt das Primat des konventionellen Kurbeltriebs schon für die Vergangenheit, so gilt es für die Zukunft umso mehr. Denn die perfekte Abdichtung des Brenn- gegen den Kurbelwellenraum gewinnt wegen der Abgasgesetze immer größere Bedeutung. Heute gibt es keinen neuen Motor mit merkbarem Ölverbrauch mehr – und das ist der konventionellen Bauart und deren Fertigung mit immer engeren Toleranzen zu danken, selbst wenn riesige Serien hergestellt werden.

Dazu gehört auch die Frage nach der Luft- oder Wasserkühlung. Sie wurde beantwortet, als der VW Käfer durch den Golf abgelöst wurde. Selbst simple Viertakt-Motorradmotoren verzichten heute nicht mehr auf die Flüssigkeitskühlung. Die Luftkühlung ist nicht nur wegen der immer höheren spezifischen Leistungen unmöglich, sondern auch wegen der Einhaltung eines exakten Temperaturniveaus über den ganzen Betriebsbereich. Pionierarbeit leistet BMW, seit in München die mechanisch angetriebene Wasserpumpe durch eine elektrische Pumpe von Pierburg abgelöst wurde; sie beansprucht nur ein Zehntel der ursprünglichen Leistung.

Heute konzentriert sich die Motorenentwicklung auf die Herstellung eines Kraftstoff-Luftgemischs, das während einer extrem kurzen Zeit vollständig und ohne Schadstoffe im Abgas verbrennt. Dies ist jedoch keine völlig neue Entwicklung. Bereits wenige Jahre nach Ottos und Diesels Erfindungen hatten die Motoreningenieure erkannt, dass es eines möglichst kompakten Brennraums bedarf, wenn das angesaugte Gemisch optimal zünden soll. So finden sich kompakte Brennräume mit hängenden Ventilen bereits um das Jahr 1900, während bei Rennmotoren v-förmig hängende Vierventiler auftauchten. Seitengesteuerte Ventile haben sich bei kleinen Arbeitsmaschinen bis heute gehalten.

Nicht aussterben wollen Erfindungen, die den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors so steigern, dass er keine Schadstoffe mehr emittiert. Etwa der „Tangentialmotor“ von Michael Schwarte (1980), dessen komplizierter Kurbeltrieb jedem Motorenhersteller die Haare zu Berge stehen lässt. Ein Versuchsmotor soll mit hervorragenden Ergebnissen gelaufen sein, dann hörte man nichts mehr von ihm. Auch die „Weltneuheit“ eines vollelektronisch gesteuerten Verbrennungsmotors aus dem Jahr 1984 von Hans Joachim Wendt blieb ein Wunschtraum. Zudem hätte eine Zahnstange und ein kompliziertes Getriebe die Kolbenbewegung mechanisch erzeugen müssen.

Ernster zu nehmen ist da schon der Z-Motor von Aumet Oy aus Finnland, eine Kombination aus Zwei- und Viertakter. Ihm sagt sein Erfinder einen Wirkungsgrad von 53 Prozent nach, womit er im Bereich der größten Zweitakt-Schiffsdiesel liegt. Der spezifische Verbrauch soll bei 160 g/kWh liegen. Das erscheint allerdings wenig wahrscheinlich, da die besten Turbodiesel (VW 1,9 TDI und 2,0 TDI) 190 g/kWh erreichen – mehr ist gegenwärtig nicht möglich. Zudem soll eine relativ komplizierte Bauweise diese Vorteile bringen. Dabei wirkt ein Kolben auf der Unterseite als Ladepumpe. Das setzt Geradführung der Kolbenstange voraus und schreckt jeden Konstrukteur ab.

Zu erwähnen wäre auch der Mayer-Motor, dessen Erfinder brennbares Gemisch so aufbereiten will, dass es gasförmig in den Arbeitsraum eingespritzt wird. An sich eine gute Idee, wenn sie nicht mit Zusatzeinrichtungen erkauft würde. Ähnlich verfahren auch Automobilhersteller, um eine „homogene“ und bessere Verbrennung auszulösen – allerdings ausschließlich mit Hilfe vorhandener Motorkomponenten. Volkswagen, DaimlerChrysler und Opel haben solche Motoren sowohl als Benziner als auch als Diesel schon der Presse vorgestellt. Dabei geht es darum, eine Basis für die Großserie identischer Motoren zu schaffen, die mindestens 250 000 Kilometer störungsfrei laufen.

Was von all den Erfindungen übrig bleibt, ist der konventionelle Hubkolbenmotor. Er besitzt noch heute so viel Entwicklungspotenzial wie keine andere Antriebslösung.

Christian Bartsch

Kommentare werden geladen....

Kommentar zum Beitrag schreiben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 220751 / Antrieb)