#DieselZeitreise

Knallende Kraft: Der Dieselmotor zündet erstmals

Diesel_1883
© Wikipedia: Creative Commons

Es ist der 10. August 1893 und ein ohrenbetäubender Knall durchdrang die Versuchshalle auf den Gründen der Maschinenfabrik Augsburg. Ausgelöst durch eine äußerst kräftige Zündung im Zylinder flog der zur Druckaufzeichnung benötigte Indikator über die Köpfe der Anwesenden hinweg. Dicke Rußwolken stiegen sogleich von jener Maschine auf, in die der Tüftler Rudolf Diesel seine ganzen Hoffnungen steckt. Verletzt wurde dabei wie durch ein Wunder niemand.

Das drei Meter hohe „Ungetüm“ blieb durch seine massiven Außenwände offenbar unversehrt. Doch nachdem sich der Ruß in der Luft verzog und sich der Puls der Anwesenden langsam wieder auf Normalniveau gesenkt hatte, wog die Verblüffung über das eben Geschehene umso stärker. Was war eigentlich gerade geschehen?!

Zum ersten Mal hatte Diesels Versuchsmotor 15/40 nach zahlreichen enttäuschten Versuchen erfolgreich „gezündet“ - und zwar mit dem Flüssigbrennstoff Benzin. Doch unglücklicherweise lief der Motor nicht aus eigenen Kräften weiter, wie es Diesel eigentlich vorsah. Der Misserfolg schien jedoch nicht entmutigend auf Diesel zu wirken, der nur unweit von seiner Maschine entfernt gemeinsam mit MAN-Ingenieur Lucian Vogel über die vermeintlichen Fehler seiner Konstruktion sprach.

Die Arbeitslast der letzten Tage war enorm für ihn gewesen und jetzt hatte sich für Diesel zumindest bewahrheitet, dass sich eine spontane Entzündung sogar bei einem relativ niedrigen Druckniveau in den Zylindern von selbst ergibt. Andererseits verursachen Versuche wie diese hohe Kosten und Diesels Geldgeber erwarten sich rasche Ergebnisse. Keine beneidenswerte Situation, in der er sich aktuell befand, denn die Leistungsvorgabe war am 10. August klar verfehlt worden.

Kritik trifft Diesel im Vorfeld hart

Mit dem Projekt vertraute Personen wissen, dass Diesel Anfang 1893 zunächst eine minutiöse 50-seitige Abhandlung mit Berechnungen über seinen ersten Versuchsmotor verfasst hatte. Mit praktischen Arbeiten an seiner Maschine hatte Diesel bereits im Vorjahr begonnen. Doch erst seit er die Maschinenfabrik Augsburg und den Stahlindustriellen Friedrich Krupp in Essen für sich gewinnen konnte, stehen ihm auch die finanziellen Mittel für sein Vorhaben zur Verfügung.

Doch nach dem lauten Knall in seinem provisorischen Versuchslabor, herrscht für Diesel vorerst traurige Ungewissheit, wie es mit seiner Maschine überhaupt weitergeht. Die Zeit schwindet und der erfolgreiche Betrieb seines Motors lässt auch nach dem 10. August noch auf sich warten. Keine Minute nach dem Knall dauerte es, da spekulierten MAN-Ingenieur Lucian Vogel und Rudolf Diesel bereits wild herum. Doch wo lag der Fehler? Zweifel müssen in Diesel aufgestiegen sein, schließlich war es im Vorfeld seiner Versuche ja nicht so gewesen, dass es keine kritischen Stimmen gab.

Doch Rudolf Diesel konnte die Zurückhaltung gegenüber seiner Maschine nicht verstehen und vor allem nicht so einfach hinnehmen. Er erzählte von mehreren Schreiben, die er vor der Patentanmeldung seines ersten Motors erhielt. Letztlich war er es gewesen, der um den Rat angesehener Experten gebeten hatte. Ein Schreiben war mit 13. Januar 1893 datiert.

Darin macht Eugen Langen, der selbst auf eine 30-jährige Erfahrung beim Bau von Verbrennungsmotoren zurückblicken kann, unmissverständlich klar, dass er Schwierigkeiten bei der Beherrschung der Zylinderdrücke sieht. In einem weiteren Schreiben kritisierte der französische Motorenfachmann Gustave Richard wiederum die fehlende Kühlung der Zylinder. Auch Otto Köhler, Dozent an der Maschinenbauschule in Köln, meldete sich zu Wort: Er kommt zu dem Schluss, dass sich ein Motor, der mit Kohlenstaub betrieben wird und nach dem Carnot-Prozess funktioniert, nicht realisieren lässt. Nichtsdestotrotz hatte Diesel nach Erhalt seines ersten Patents am 23. Februar 1893 im gleichen Jahr sein Buch „Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors“ veröffentlicht.

Unsicherheit bei den Zylinderdrücken

Mit dem Carnot-Prozess ist Diesel jedenfalls vertraut, denn nach diesem Prinzip soll auch sein Versuchsmotor funktionieren. Allerdings schien sich Diesel, wie manch seiner Kritiker, mit den Zylinderdrücken etwas schwer zu tun, denn er änderte sie immer wieder. Im Vorfeld seines ersten Versuchs erzählte Diesel, dass er für seinen Versuchsmotor nur mehr 44 bar anstatt von 250 beziehungsweise 90 bar anstrebe und auf Kohlenstaub gänzlich verzichte, um stattdessen nur mehr flüssige Kraftstoffe zu verwenden. Insgeheim hofft er natürlich höhere Drücke realisieren zu können, zumindest sollen es aber 90 bar sein. Auch äußerte Diesel, dass er einer einfacheren Motorenherstellung zuliebe auf eine Wassereinspritzung verzichten wolle. Ob das eine gute Idee ist?Immerhin liegt die maximale Verdichtung- und zugleich Verbrennungstemperatur nach Angaben Diesels zwischen 600 bis 800 Grad Celsius. Seinem MAN-Chef Heinrich Buz schrieb Diesel am 7. März 1892, dass diese Temperatur bei einem Zylinderdruck von nur noch 150 statt 250 bar erreicht werde. Er hatte offenbar Angst, der hohe Druckwert könnte Buz im Vorhinein abschrecken und dazu beitragen, dass die Maschinenfabrik Augsburg das Interesse an Diesels Bestrebungen verliert. Zunächst war Buz die Sache auch zu steil. Nach einer Absage folgte aber überraschenderweise eine Zusage – und zwar am 20. April 1892. Diesels Vorhaben ist damit vorerst gesichert.

Die Dimensionen ändern sich

Lucian Vogel, Ingenieur bei MAN, kannte die Wünsche Diesels nur zu gut, und beabsichtigte daher, den Versuchsmotor für etwa 100 bar Zylinder-Höchstdruck statt maximal 90 bar auszulegen. Diese hohen Drücke hatten zur Folge, dass die ursprünglich geplanten Dimensionen des Motors – vorgesehen waren 200 mm Kolbendurchmesser und 540 mm Kolbenhub – auf 150 beziehungsweise 400 mm geändert werden mussten.
Noch eine weitere Änderung konnte Diesel gegenüber der Maschinenfabrik Augsburg im Vorfeld seiner Versuche durchsetzen. Diese betrafen die Steuerzeiten seines ersten Versuchsmotors. Die Frischluftzufuhr sollte während des gesamten Ansaughubs in den Zylinder gelangen können und nicht nur während der letzten 75 Prozent des Kolbenhubs. Schlussendlich gestand Diesel, dass er sich auch mit einem Verdichtungshöchstdruck von 44 bar statt anfangs 250 bar zufrieden gab. Allein schon aus dem Grund, weil der Einspritzdruck rund 50 bis 60 bar höher sein muss als der Verdichtungsdruck im Zylinder.

Der Motor, eine einzige Baustelle

Die ersten Einlaufversuche mit dem fremdangetriebenen Motor, also noch ohne Kraftstoffzufuhr und damit ohne innere Verbrennung („Schleppbetrieb“), begannen am 17. Juli 1893. Doch schon nach wenigen Minuten saß der Kolben im Zylinderkopf fest. Auch bei einem weiteren Versuch am 21. Juli fraß sich der aus Gusseisen bestehende Kolben im Zylinderkopf erneut fest. Darüber hinaus traten Probleme bei der Abdichtung von Ventilen sowie Leitungen und Hähnen auf. Die Ernüchterung stand den Technikern ins Gesicht geschrieben: Der zur Zündung erforderliche Verdichtungsdruck und die zugehörige Zylindertemperatur konnten bei zahlreichen Tests nicht annähernd erreicht werden.

Auch das Anlassventil funktionierte nicht und die Reibungsverluste waren viel zu hoch, der mechanische Wirkungsgrad denkbar schlecht. Diesel arbeitete nach der ersten Pannenserie unentwegt an seiner Maschine und schrieb an seine Frau: „Auch heute noch (29. Juli) ist der Motor noch nicht soweit fertig, dass ich einmal das eigentliche Arbeitsprinzip probieren könnte, und es ist nicht unwahrscheinlich, dass darüber noch die erste Woche August abläuft. Erst dann werde ich endlich Petroleum einspritzen können und konstatieren, inwieweit meine Theorie richtig ist.“

Vor Diesel kam Benzin und Petroleum

Trotz zahlreicher Nacharbeiten und Verbesserungen durch Diesel und sein Team erhöhte sich der gemessene Kompressionsdruck im Motorenzylinder nur sehr langsam. Selbst sein höchster Wert war nur etwa halb so hoch wie von Diesel vorgesehen. Auch die Einspritzung von Brennstoff erfolgte, wie den bei den Versuchen zuvor, auf etwas abenteuerliche Weise. Benzin beziehungsweise Lampenpetroleum wurde direkt aus einem unter Druck stehenden Kraftstoffgefäß über ein Nadelventil in den Brennraum eingespritzt. Der Druck in diesem Gefäß wurde mit einer Handpumpe auf dem gewünschten Einspritzdruck gehalten. Bei den im Brennraum herrschenden Temperaturen kein ungefährlicher Vorgang.

Traurig sah es auch in Sachen Nutzleistung aus. Der absolute Bestwert für die gemessene innere Leistung betrug bei einer Drehzahl von 117 Umdrehungen pro Minute an einem Versuchstag nur mehr als 2 PSi (0,137895 bar). Bei einem geschätzten mechanischen Wirkungsgrad von etwa 40 Prozent gab also der Motor nicht einmal 1 PS effektive Leistung ab - also weniger als die Leistung eines Pferdes. Rudolf Diesel ließ sich trotz des Rückschlags am 10. August aber nicht entmutigen - das war dem Tüftler anzusehen.