Automotive 2: Verbrenner#
(Auf dem Prüfstand)#
von Martin Krusche
Genauigkeit zählt. Womöglich braucht man für diese Einrichtung eine Visitenkarte von der Größe einer Postkarte: Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik der Technischen Universität Graz. Damit ist auf jeden Fall klar ausgedrückt, womit man es zu tun hat. Das ist eine besondere Institution, wenn man sich fragt, wo es mit der Mobilität hingeht. Hier wird Motorenentwicklung betrieben.
Das Institut wurde 1920 gegründet, ist Großmotoren, Klein- und Sondermotoren gewidmet. Es geht dort außerdem um forschungsgeleitete Lehre. Rollenprüfstände, Tunnelbelüftung… „Die Werkzeuge, die wir verwenden, haben sich stark verändert“, sagt Helmut Eichlseder, der Leiter dieses Institutes. Er bot mir Gelegenheit, die Prüfstände näher zu betrachten und interessante Details zu erfahren. Naturgemäß darf ich nicht alles zeigen, was vor Ort zu sehen ist. Wo geforscht und entwickelt wird, ziehen es Auftraggeber selbstverständlich vor, daß einem die Konkurrenz nicht gleich über die Schultern schauen kann.
Das war ja lange populäre Praxis. Als Erzherzog Johann von Österreich zwischen 1815 und 1816 mehrmals England bereiste, weil das damals die führende Industrienation der Welt war, empfing ihn James Watt persönlich, zeigte ihm seinen Beitrieb.
Der steirische Prinz notierte detailreich, zeichnete auch fleißig in sein Reisetagebuch, was er gesehen hatte. Fußnötchen: Als das 19. Jahrhundert um war, hatten Deutschland und Amerika den Briten ihre technische Vormachtstellung entrissen.
Das Optimieren von Motoren ist nun seit weit über 100 Jahre ein wichtiger Job. Den Viertakter von Nicolaus August Otto gab es schon, da waren Fahrräder noch nicht allgemein verbreitet, die Hochräder sehr teure und überdies gefährliche Vehikel. Der Ottomotor war ab 1877 reif für den Markt. (Das wäre also heuer für ein 140 Jahr-Jubiläum gut.)
Rudolf Diesel reüssierte mit seinem Motorenprinzip in den 1890ern. (Da waren in der Fahrradwelt die Niederräder schon auf dem Weg.) Die Grundprinzipien dieser und anderer Maschinen, um zum Beispiel pferdelose Wagen zu bewegen, sind also über ein Jahrhundert lang da. Was braucht daran heute noch geforscht werden?
In den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts mußte meist jeder Gewinn an PS mit einer erheblichen Gewichtszunahme des Motors bezahlt werden. Eine Leistungssteigerung bei Gewichtsreduktion, womöglich auch noch bei Reduktion des Treibstoffverbrauchs, also eine Effizienzsteigerung der Maschinen, macht eben bis heute Arbeit, verlangt weiteres Forschen
Die Verbrennung ist ein äußerst kniffliger Vorgang. Die Steuerung der Maschine bietet immer noch Herausforderungen. Dazu sagt Eichlseder etwa: „Die Flammenfront an der Zündkerze breitet sich asymmetrisch aus.“ Das weiß man offenbar noch nicht gar so lange. Der Zylinder-Innenraum ist ja eine Art thermodynamischer Hölle.
Wer zum Beispiel der amerikanischen Muscle Car-Szene anhängt, wird das Wort Hemi als Hinweis auf leistungsstarke Motoren deuten. Das meint hemisphärische, also halbkugelförmige Brennräume, durch die der Verbrennungsvorgang verbessert werden soll. Da winken wir Europäer müde ab. Gibt’s eh schon ewig.
Apropos Hemi und Muscle Car. Als Kind hatte ich an Motoren bestaunt, daß Metall auf Metall nicht verreibt und daß die Maschinen so einen feinen Krach machen. Heute weiß ich recht genau, warum das funktioniert. Ich hab es lieber weniger laut, wenngleich großvolumige Motoren eine Klangwelt ausmachen, die mich bezaubert.
Das hat wohl etwas mit trivialen Mythen zu tun, die zum Inventar unseres Lebens gehören. Wer wie ich in den 1950er Jahren zur Welt kam, durfte ein in der Menschheitsgeschichte völlig neues Phänomen erfahren. Die Volksmotorisierung, gestützt auf den Privatbesitz von Kraftfahrzeugen. Das hatte es vor der Mitte der 1950er Jahre nicht gegeben.
Das bedeutete auch, wir durften damals damit rechnen, daß zur Ausgabe des Führerscheins in den 1970ern genug preiswerte Gebrauchtfahrzeuge auf all den Kiesplätzen, in Schuppen und Garagen, unter Flugdächern, notfalls im Freien herumstanden. Je nach eigener handwerklicher Eignung wurde man in Bereichen zwischen 2.000,- und 20.000,- Schilling Kaufpreis zum Teil der Auto fahrenden Bevölkerung.
Das Wort Volksmotorisierung trägt einen so wesentlichen Teil des Themas in sich, den Motor. Übliche Schnittzeichnungen sind wohl allgemein bekannt, das Viertakter-Prinzip (Ottomotor) und der Ölmotor (Diesel) dürften selbst jenen halbwegs vertraut erscheinen, die an Technik kein Interesse haben.
Feinspitze kennen auch den Wankelmotor (Kreiskolben) und wissen, daß es schon vor 1900 Dampfgetriebene Autos und Elektromobile gab, was beides nie ganz abgekommen ist und heute mindestens im E-Car-Bereich ein Revival hatte. Inzwischen ahnen wir sogar, daß die Verbrennungsmotoren im Alltagsverkehr ein Ablaufdaten haben. Es steht fest, daß einige europäische Staaten sie ab 2040 von der Straße haben wollen.
Aber die Optimierung von Verbrennungsmotoren wird wohl nicht so bald überflüssig sein. Das Antreiben von Fahrzeigen ist ja bloß eines von etlichen Einsatzgebieten. Wir Petrol Heads, Benzinbrüder aller Arten, wissen, daß man schon früh im 20. Jahrhundert bemüht war, die Motorleistung zu erhöhen, indem man einem Viertakter per Ladepumpe (Kompressoren) auf die Sprünge hilft, was später, der Turbolader übernahm, der auch dem Dieselmotoren eine Leistungssteigerung verschafft.
Es geht ja einiges mit Doping. Das Härteste, was es auf dem Gebiet gibt, dürften die Top Fuel Dragster sein. Fahrzeuge für Beschleunigungsrennen, quasi ein heftiges Geradeausfahren, deren Motoren mit Nitromethan (Top Fuel) befeuert werden. Das ist im besten Sinn des Wortes eine brandgefährliche Sache.
Nitro zählt, wie Hemi, zu den magischen Begriffen der Szene. Ich erwähne solche Details, weil das auch Elemente einer Volkskultur in der technischen Welt sind. Mode, Musik, Nippes, Lebensstil, ästhetische Konzepte für Mensch und Maschine, Jahr für Jahr in wiederkehrenden Veranstaltungen inszeniert, und zwar von Kontinent zu Kontinent… Aber das sprengt nun den Rahmen dieser Geschichte.
Drei technische Aspekte haben mich beim Besuch dieses Instituts speziell erfreut. Da war ein unglaubliches Muskelpaket mit der Aufschrift Aston Martin. Ein „Dualmotor“ für Benzin und Wasserstoff. Darin kommen aus sechs Liter Hubraum bis zu 560 PS mit einschüchternden 620 Nm Drehmoment. Sozusagen ein feines Jausenpaket für den Nürburgring, um dort (2013) die Konkurrenz zu schnupfen.
Der zweite emotionale Moment ergab sich, als ich plötzlich am Prüfstand landete, wo der Motor für jenen Prototypen von Magna Steyr, den ''Einser-Mila'', entwickelt worden war, mit dem ich vor Jahren einige Runden drehen durfte: das Magna Innovation Lightweight Auto. Unikate haben einen besonderen Reiz. Dieser kleine, handliche Monoposto war 2009 präsentiert worden, weil Magna seiner Kundschaft zeigen wollte, wozu man in kurzer Zeit fähig sei. Und natürlich, um einen angemessenen PR-Effekt zu lukrieren.
Der dritte war ein Aha-Moment von einiger Tragweite. Bisher hatte ich angenommen, seit geraumer Zeit werde immer mehr an Entwicklungsarbeit in Simulationswelten verlegt, aus der analogen Welt in die Virtualität geschoben, um Kosten zu sparen und Tempo zu gewinnen. Ganz so ist es aber nicht.
Nun sind sogenannte Großmotoren eine spezielle Aufgabe. Selbst Laien wissen heute, daß riesige Schiffsmotoren in Fragen der Emission eine Katastrophe sind. Kreuzfahrtschiffe stehen derzeit besonders in Verruf. Es geht aber nicht nur um Schiffsmotoren, sondern auch um Standmotoren zur Stromerzeugung etc.
Ein sogenannter Vollmotor wird zum Beispiel 15 Meter lang sein, etwa drei mal drei Meter an Breite und Höhe. Da ist dann von wenigstens 25 Liter Hubraum pro Zylinder die Rede. Um nun solche Aggregate zu entwickelt, wird Analoges und Virtuelles kombiniert. Helmut Eichlseder braucht einen konkreten Motor, um zu erfahren, was im Brennraum geschieht: „Dann ist zum Beispiel der Motor da und die Steuerung wird simuliert.“
Auf dem Großmotorenprüfstand steht freilich kein 15 Meter-Monster. Eichlseder: „Wir machen hier Prototypenentwicklung.“ Dazu ist derzeit ein Einzylinder-Forschungsmotor aufgebaut. Ein Jenbacher J 920, sozusagen das Modul einer größeren Anordnung. Die Ergebnisse der Tests werde dann per Simulation auf Vollmotoren übertragen.
Eichlseder betont: „Ich hab also manche Hardware und simuliere zusätzliche Komponenten.“ Es gehe darum, „die Simulationswerkzeuge zu ertüchtigen“. Das war für mich die verblüffendste Klarheit bei diesem Besuch. Jene konkrete Wechselwirkung zwischen analogen Bereichen und Simulationswelten, daß also greifbare Dinge auch notwendig sind, um Simulationen zu verbessern, daß es hier keine Einbahnstraße gibt, auf der analoge Gegenstände in die Virtualität verschoben werden.
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