Titel: Neue Wege der Fahrzeugmotorentechnik.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1910, Band 325 (S. 628–632)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj325/ar325187

Neue Wege der Fahrzeugmotorentechnik.

Von Regierungsbaumeister Dierfeld.

In dem Laufe der letzten zehn Jahre hat der Fahrzeugmotor für flüssigen Brennstoff eine Normalform angenommen, als welche der stehende Viertaktmotor mit zwangläufig geöffneten, durch Federdruck geschlossenen Ventilen gelten kann. Die von den einzelnen Firmen gebauten Motoren unterscheiden sich heute nur durch die Anordnung der Ventile, sind aber sonst in allen wesentlichen Teilen ganz ähnlich durchgebildet. Diese Periode des Stillstandes scheint jetzt überwunden zu sein und neue Wege eröffnen sich der Fahrzeugmotorentechnik durch die Aufnahme des Baues sogenannter „ventilloser“ Motoren, bei denen das federbelastete Ventil durch ein ganz zwangläufig betätigtes Abschlußorgan (Schieberhülse, Kolben- oder Drehschieber u.a.m.) ersetzt wird.

Den Anstoß zu dieser neuen Richtung gab das Erscheinen des nach den Lizenzen des Amerikaners Knight gebauten Motors der englischen Daimlergesellschaft auf der Londoner Olympiaausstellung im Jahre 1908, bei dem die Ventile durch zwei zwangläufig gesteuerte Schieberhülsen ersetzt waren. Dieser Motor, auf dessen Konstruktion und Eigenschaften wir später ausführlich eingehen, wurde zwar von der gesamten Fachwelt anfangs heftig angegriffen, doch ist wohl der beste Beweis für seine Brauchbarkeit, sowie die Vorteile des ventillosen Motors im allgemeinen, daß nicht nur die große englische Daimlergesellschaft seit Anfang 1909 ihre gesamte Produktion an Wagen mit Knight-Motoren ausrüstet und auch schnell verkauft, sondern, daß auch die belgische Minervagesellschaft, Panhard & Levassor in Frankreich, die Dèluca-Daimler Co. in Italien und die Daimler-Motorengesellschaft in Untertürkheim die Fabrikation von Knight-Motoren für ihre Fahrzeuge aufgenommen haben.

In Deutschland entschloß man sich erst nach langem Zögern, von dem bisherigen normalen Motortyp abzugehen, und gegenwärtig sind erst einige große deutsche Firmen mit Entwurfsarbeiten für den Bau ventilloser Motoren eigener Konstruktion beschäftigt; über ihre Bauart |629| ist vorläufig nichts Näheres bekannt, doch ist sicher, daß wir im Frühjahr 1911 die ersten deutschen ventillosen Motoren auf dem Markte erwarten können.

Im Gegensatz dazu hat sich der Umschwung zu Gunsten des ventillosen Motors im Auslande schneller vollzogen; eine große Anzahl Erfinder und Konstrukteure widmete sich seit Erscheinen des Knight-Motors diesem Problem, welches sie auf einfachere und bessere Art wie Knight zu lösen glaubten. So entstanden eine ganze Anzahl verschiedenartiger Konstruktionen, die alle mit dem Knight-Motor das eine gemeinsam haben, daß der Gasein- und -Austritt in zwangläufiger Weise durch irgend eine Art Schieber geregelt wird. In den folgenden Ausführungen wollen wir nun eine Uebersicht über die z. Z. ausgeführten oder in der Ausführung begriffenen ventillosen Viertaktmotoren für Fahrzeuge geben, ihre Konstruktion und Eigenschaften näher erörtern und auch, soweit möglich, auf Versuchs- und Betriebsergebnisse eingehen, um den deutschen Konstrukteuren die schon beschrittenen Pfade zu weisen und das Entwerfen neuer Typen zu erleichtern. Bevor wir die einzelnen Konstruktionen besprechen, wollen wir noch kurz die Nachteile des heutigen Motors mit federbelasteten Ventilen darstellen:

  • 1. Bei hohen Tourenzahlen des Motors versagt die Schließkraft der Feder; es besteht die Gefahr, daß die Ventile nicht rechtzeitig geschlossen werden.
  • 2. Das Oeffnen der Ventile geschieht allmählich, um Stöße auf dem Nocken der Steuerwelle und zu große Beschleunigungen zu vermeiden.
  • 3. Saug- und Auspuffventile müssen stets gegen den starken Federdruck angehoben werden, das Auspuffventil auch noch gegen den Druck der Explosionsgase; daraus ergibt sich verhältnismäßig großer Kraft verbrauch.
  • 4. Der Hub der Ventile darf ein gewisses Maß nicht überschreiten, ebenso ist der Durchmesser der Ventile durch konstruktive Rücksichten begrenzt; die Folgen sind kleine Durchgangsquerschnitte und große Gasgeschwindigkeiten.
  • 4a. Die Richtungsänderungen der Gasströme sind bedeutend und vermindern den Wirkungsgrad.
  • 5. In den meisten Fällen ist die Verbrennungskammer sehr ungünstig gestaltet, so daß nur unvollkommene Verbrennung des frischen Gemisches stattfindet.
  • 6. Unvermeidliches Geräusch beim Auf treffen von Steuerdaumen auf Stelle des Ventilstössels, von Ventilstössel auf die Ventilstange und von Ventilteller auf seinen Sitz.
  • 7. Geringer Wirkungsgrad des Motors, herrührend von 1 bis 5.

Dagegen sind die Vorzüge, welche die Erbauer ventilloser Motoren für ihre Konstruktion in Anspruch nehmen, kurz folgende:

  • 1. Stets richtige Abwicklung der einzelnen Perioden auch bei den höchsten Tourenzahlen, infolge der zwangläufigen Steuerung.
  • 2. Sehr schnelles Eröffnen und Schließen der Ein- und Austrittskanäle.
  • 3. Geringer Kraftverbrauch beim Antrieb der Abschlußorgane, da nur Reibungswiderstände und kein Feder- oder Explosionsdruck zu überwinden sind.
  • 4. Möglichkeit der Bemessung reichlicher Durchgangsquerschnitte und als Folge kleine Gasgeschwindigkeiten und geringe Reibungsverluste in den Leitungen.
  • 4a. Möglichkeit der Verminderung der schädlichen Richtungsänderungen der Gasströme.
  • 5. Günstige Gestaltung der Verbrennungskammer.
  • 6. Geräuschlosigkeit des Antriebes.
  • 7. Verbesserter Wirkungsgrad und größere Elastizität des Motors, herrührend von 1–5.

Inwieweit diese Behauptungen zutreffen, werden wir bei Erörterung der einzelnen Typen sehen.

Die heute vorhandenen Konstruktionen von ventillosen Motoren kann man wie folgt einteilen:

I. Geradlinig hin- und hergehende Bewegung der Abschlußorgane.

  • 1. Zum Kolben konzentrische Schieberhülsen.
    • a) Zwei Hülsen für einen Zylinder.
    • b) Eine Hülse für einen Zylinder.
  • 2. Der Zylinder selbst ist das Abschlußorgan.
  • 3. Schieber in besonderem Gehäuse.
    • a) Zwei getrennte Kolbenschieber für einen Zylinder.
    • b) Kolbenschieber mit konzentrischer Schieberhülse für einen Zylinder.
    • c) Ein Kolbenschieber für einen Zylinder.

II. Oszillierende Bewegung der Abschlußorgane.

III. Kontinuierlich rotierende Bewegung der Abschlußorgane.

  • 1. Zum Kolben konzentrische Schieberhülse.
  • 2. Der Zylinder selbst rotiert.
  • 3. Drehschieber im Zylinder oder besonderem Gehäuse.
    • a) Zwei Schieber für einen Zylinder.
    • b) Ein Schieber für einen Zylinder.
    • c) Ein Schieber für zwei Zylinder.

Dieser Einteilung wollen wir uns bei unserer Abhandlung anschließen.

I. Geradlinige hin- und hergehende Bewegung der Abschlußorgane.

1. Zum Kolben konzentrische Schieberhülsen.

a) Zwei Hülsen für einen Zylinder.

Wir beginnen mit der bisher erfolgreichsten Type, dem Knight-Motor der englischen Daimler-Gesellschaft. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen solchen Motor. Parallel zur Kurbelwelle F ist die gekröpfte Steuerwelle E gelagert, die von der Kurbelwelle aus mittels breiter Kette und Kettenrädern Z angetrieben wird und mit halber Geschwindigkeit läuft. Der Einfachheit halber ist die Steuerwelle zweiteilig gebaut und läuft in drei Bronzegleitlagern, die zusammen mit der Steuerwelle nach Entfernen eines Deckels im Kurbelgehäuse seitlich herausgezogen werden können. Aus dem soliden Material der Steuerwelle sind zwei Schraubenräder G geschnitten, deren eines mittels einer kleinen quer durch die Kurbelkammer geführten Welle auf der einen Motorseite die Kühlpumpe, auf der anderen den Magnetapparat antreibt; das andere Schraubenrad G betätigt den Verteiler der Reservebatteriezündung und eine kleine Luftpumpe, welche den Ueberdruck von etwa 1,8 at für die Benzinzuführung liefert.

Aus dem Querschnitt (Fig. 2) sehen wir, daß in dem Motorzylinder zunächst die Schieberhülse A, in dieser die Hülse B gleitet, welche ihrerseits den Zylinder für den Motorkolben U bildet, in dem dieser in üblicher Weise arbeitet. Der abnehmbare Zylinderkopf K ist wassergekühlt, ragt in den Zylinder hinein und ist mit Dichtungsringen versehen, um einen gasdichten Abschluß zwischen Verbrennungskammer und Hülse B herzustellen. Die Kanäle in den Schieberhülsen sind mit H bezeichnet, während J die Gaseinlaß-, Q die Auspufföffnungen im Zylinder sind, an welche sich Saug- und Auspuffrohr anschließen. |630| In Fig. 2 sind auch die kurzen Schubstangen C und D ersichtlich, die von der gekröpften Steuerwelle E betätigt werden und den Schieberhülsen eine langsame hin- und hergehende Bewegung erteilen.

Textabbildung Bd. 325, S. 630
Textabbildung Bd. 325, S. 630

Die Schieberhülsen bestehen aus Gußeisen und sind mit Spiralschmiernuten versehen. Der Hub der inneren Hülse beim 38 HP-Motor beträgt nur 25 mm, der der äußeren wenig mehr; beide Hülsen wiegen zusammen nur 7 kg, also ist die zu ihrer Bewegung nötige Kraft kleiner, als die Kraft zum Ueberwinden des etwa 30 bis 45 kg betragenden Federdruckes der heutigen Ventile. Fig. 3 zeigt die Schieberhülsen nebst Antrieb eines Sechszylindermotors, während Fig. 4 die Saugseite des 15 HP-Motors veranschaulicht.

Textabbildung Bd. 325, S. 630

Die Schmierung des Knight-Motors ist perspektivisch in Fig. 5 dargestellt. Von dem Schraubenrade der Steuerwelle aus wird mit senkrechter Welle die Oelzahnradpumpe P angetrieben, welche das unter dem Filter F befindliche Oel ansaugt und durch den Verteiler V und vier Oelleitungen nach den im Kurbelkasten eingegossenen Kanälen K verteilt, wo es von den entsprechend ausgebildeten Pleuelstangenköpfen (oben vergrößert gezeichnet) aufgenommen und nach Stangen- und Wellenlagern gespritzt wird. Die fünfte Oelleitung O führt zu einem Schauglase am Spritzbrett; bei jeder Umdrehung der Oelpumpe wird Oel durch das Schauglas geführt, so daß man sich stets vom guten Arbeiten der Schmierung überzeugen kann. E ist die Einfüllöffnung für das Oel und gleichzeitig Niveaustand. Die Schieberhülsen werden durch Spritzölung und Kapillarwirkung des Oels geschmiert; wenn der Motor längere Zeit stillstand, kann man in die Einlaßöffnung im Zylinder etwas Oel gießen, um die Hülsen oben zu schmieren.

Textabbildung Bd. 325, S. 630

Die Wirkungsweise des Knight-Motors ist folgende (s. Schema Fig. 6): Bei 1 steht der Kolben im Beginn seines Saughubes, die entgegengesetzte Bewegung der beiden Schieberhülsen gewährleistet sehr schnelle Eröffnung des Einlaßkanals E. In der Kolbenstellung 2 (105 ° nach oberem Totpunkt) ist der Einlaß am meisten geöffnet (12 × 140 mm), während bei 3 der Kolben den Saughub beendigt hat; beide Hülsen bewegen sich dann aufwärts, der Einlaßkanal ist nur etwa 3 mm geöffnet, um das letzte frische Gas, das dem Beharrungsvermögen folgt, eintreten zu lassen, worauf die Kanäle unmittelbar geschlossen werden. Am Schlusse des Kompressionshubes (Stellung 4) befinden sich Ein- und Auslaßkanal der inneren Schieberhülse zwischen Zylinderkopf und Wand, so daß der Kompressionsraum gasdicht abgeschlossen ist. 55 ° vor dem Schluß des Explosionshubes (Stellung 5) beginnt der Auslaß zu öffnen; wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat (bei 6), beträgt die Auslaßöffnung 5 × 140 mm. Bemerkenswert ist, daß die innere Schieberhülse während des Kompressions- und Explosionshubes in gleicher Richtung mit dem Kolben sich bewegt, was in gewisser Beziehung von Vorteil ist. In Stellung 7 (55 ° hinter unterem Totpunkt) ist der Auslaß ganz geöffnet (14 × 140 mm) und wird in Stellung 8 (20 ° hinter oberem Totpunkt) abgeschlossen. Die Kanalmaße gelten für den 38 PS-Motor.

|631|

Fig. 7 zeigt die Bremskurve A eines Vierzylinder-Knight-Motors von 124 × 130 mm, verglichen mit der Kurve B eines Sechszylinder-Ventilmotors von 103 × 121 mm. Beide Motoren haben ungefähr gleiches Hubvolumen, doch entwickelt der Knight-Motor bedeutend mehr Kraft, auch steigt seine Kraft viel mehr mit der Erhöhung der Tourenzahl. Richtiger wäre gewesen, zum Vergleich ebenfalls einen Vierzylinder-Ventilmotor heranzuziehen, da doch beim Sechszylinder die Reibungswiderstände allgemein höher sind.

Textabbildung Bd. 325, S. 631
Textabbildung Bd. 325, S. 631
Textabbildung Bd. 325, S. 631

Um die Brauchbarkeit des Knight-Motors zu beweisen und verschiedene gegen ihn erhobene Vorwürfe zu entkräften, ersuchte die englische Daimlergesellschaft das technische Komitee des Royal Automobile Club um Festsetzung sehr scharfer Bedingungen, nach welchen die Knight-Motoren geprüft werden sollten, um ihre Ueberlegenheit vor einwandfreien Zeugen zu erweisen.

Das Komitee stellte folgende Vorschriften, die gewiß nicht milde sind, auf:

  • 1. Daß der Motor auf der Bremsbank während einer Zeit von 132 Stunden laufen sollte.
  • 2. Daß die abgebremste Stärke in PS während dieses Versuchs nie unter die nach der Formel des R. A. C. berechnete PS-Kraft multipliziert mit 1,3 fallen dürfe, wobei die Kolbengeschwindigkeit nur 300 m i. d. Min. betragen soll.
  • 3. Daß die Kühlwassertemperatur am Einlaß auf 50 ° C während der Prüfung verharren müsse.
  • 4. Daß zur Vervollständigung des Bremsversuchs derselbe Motor in ein normales Tourenchassis gesetzt werden und damit auf der Brooklandsbahn eine Entfernung von 3200 km in nicht mehr als 60 Stunden Fahrzeit zurückgelegt werden sollte.
  • 5. Daß nach Beendigung dieser Fahrt der Motor wieder auf den Bremsstand gebracht und 5 Stunden nach denselben Bedingungen wie 1 – 3 laufen sollte.
  • 6. Das ausgefertigte Zeugnis soll u.a. enthalten:
    • a) Graphische Aufzeichnung der Bremspferdestärken usw.
    • b) Aufzeichnung der Reparaturen und Nachstellungen.
      Folgende Mängel hindern nicht die Fortsetzung des Versuchs:
      Mängelin Benzinzuführung,
      in Kühlwasserzirkulation,
      in Zündung,
      in Auspuffvorrohrleitung,
      in Bremszaum.
    • c) Der Brennstoffverbrauch.

Die Daimler-Co. nahm diese Bedingungen an, und von dem Komitee wurden zwei Motoren aus gewöhnlichen zum Verkauf gestellten Chassis von 22 HP und 38 HP ausgewählt. Mitte März 1909 wurden die Versuche begonnen und hatten folgendes Ergebnis:

Motor von 124 mm Bohrung und 130 mm Hub.

(Nach der Formel des R. A. C. = 38,4 PS)

Die Tourenzahl des Motors wurde auf 1200 i. d. Min. gehalten, wobei dann die Leistung 50,8 PS betrug; unter diese Zahl durfte die Leistung nicht fallen.

Der Motor wurde dann in ein normales Tourenchassis gebracht, der Wagen mit Passagieren besetzt und von der Fabrik in Coventry nach Weybridge gefahren, um dort auf der Brooklandsbahn geprüft zu werden. Die Prüfung ergab folgendes:

1. Bremsversuch.


Dauer
des Versuches

Aufenthalt
der Strafe nach
sich zieht

Aufenthalt
ohne Strafe
Gesamtzeit, während der
die Belastung der Bremse
erleichtert wurde, um
Bremse nachzustellen (Mo-
tor wurde nicht angehalten)
Min.
Durch-
schnittlich
gemessen.
Motor-
stärke
in PS

Benzin-
ver-
brauch

l

Verbrauch
f. d. PS-Stunde

Tage

Std.

Min.

Zahl

Dauer

Zahl
Dauer
Min.

l

kg
3 14 15 keine 5 116 19 54,3 2791 0,384 0,277
|632|

2. Fahrprüfung.



Fahrstrecke

Gefahrene
Kilometer
Gesamt-
gweicht des
Wagens mit
Passagieren
in kg

Benzin-
verbrauch
in l

Gefahrene
Kilometer
f. d. l
Von Coventry nach
Weybridge

179,2

1838
Nicht
gemessen

Auf der Brooklands-
bahn

3088,8

1712

418,5

7,4
Von Weybridge nach
Coventry

179,2

1838

25,8

7,0

Die Zahl der zurückgelegten km betrug insgesamt also 3447,2. Die 3088,8 km auf der Brooklandsbahn wurden in 45 Stunden 32 Minuten gefahren, was einen Stundendurchschnitt von 67,8 km ergibt.

Nach der Rückkehr nach Coventry wurde der Motor wieder auf den Bremsstand gesetzt, zur Schlußprüfung:

3. Schlußbremsung.

Dauer
des
Versuches

Aufenthalt
mit Strafen

Aufenthalt
ohne Strafen
Gesamtzeit, während der
bei laufendem Motor die
Bremse nachgestellt wurde
Durch-
schnittliche
Motorstärke

Benzin-
verbrauch

Verbrauch
f. d. PS-Stunde
Std. Min. Zahl Dauer Zahl Dauer Min. PS l l kg
5 15 keine keine 15 57,25 101,25 0,335 0,243

4. Bemerkungen der Richter.

Der Motor wurde ganz auseinander genommen und an den reibenden Flächen wurde keine merkbare Abnutzung festgestellt, Zylinder und Kolben waren bemerkenswert rein. Die Kanäle der Schieberhülsen waren weder verbrannt noch abgenutzt.

Der 22 PS-Motor wurde in derselben Weise geprüft und mit ähnlichem guten Ergebnis.

Besonders beachtenswert bei obiger Prüfung ist, daß der Motor am Schlusse des gewiß anstrengenden Versuchs etwa 3 PS mehr leistet und etwa 35 g Benzin f. d. Pferdestärkenstunde weniger verbraucht als am Anfang der Prüfung. Sollte dies auf Verminderung der inneren Reibungswiderstände durch das sogen. „Einlaufen“ zurückzuführen sein, so ist es immerhin merkwürdig, daß sich diese Erscheinung nicht schon während der 132stündigen Dauer des ersten Bremsversuches zeigte.

Die Vorzüge des Knight-Motors sind: Große Durchgangsquerschnitte für die Gase, keine Richtungsänderung, schnelle Oeffnung und Abschluß der Kanäle, Möglichkeit der Anwendung einer kugeligen Verbrauchskammer, in deren Mittelpunkt die Zündkerze sitzt, Entlastung der Schieberhülsen. Seine Nachteile: Teuere und ziemlich schwere Konstruktion, der einseitige Antrieb der Schieberhülsen, der leicht Ecken hervorrufen kann, die Dichtungsringe im Zylinderkopf, endlich die Schmierung der Schieberhülsen, welche besser mit Druck zu schmieren wären und ihre mangelhafte Kühlung.

(Fortsetzung folgt.)

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