Zeit, kurz an einen Geburtstag zu
erinnern. Er wurde am 18. März 1858 geboren und hat jene Maschine erfunden, die
der Menschheit bis heute zu einer günstigen und äußerst effektiven Quelle für
Krafterzeugung verhalf.
Mit seiner Entwicklung stand dem
Menschen eine Quelle zuvor nie gekannter Kraft zur Verfügung. Die konnte nicht
nur Autos, sondern auch Traktoren, Lokomotiven und Lastwagen antreiben. Der spektakuläre
Zuwachs an Produktivität in der Landwirtschaft, die Transportleistungen
schwerer Lastwagen, kräftiger Güterzuglokomotiven und riesiger Containerschiffe
– unvorstellbar ohne die Erfindung des deutschen Ingenieurs Rudolf Diesel.
Heute ist sie Objekt von heftigsten
Anfeindungen; sogar Tausende von erfundenen Toten müssen herhalten, um ihre
Gefährlichkeit zu belegen. Jetzt soll diese beeindruckende Entwicklung im Orkus
der Geschichte verschwinden. Grüne, NGOs und Heerscharen von »Umweltschützern«
bekämpfen Otto- und Dieselantrieb bis aufs Blut. Aufgrund kruder grüner
ideologischer Vorstellungen sollen 16 Millionen Besitzer von Diesel-Fahrzeugen
enteignet werden mit einem geschätzten Schaden von 240 Milliarden Euro.
Die EU erklärte bereits das Aus für
den Verbrennungsmotor. »Der Verbrennungsmotor hat seine Blütezeit hinter sich.
Ich glaube nicht, dass in 15 Jahren noch jemand mit Diesel oder Benzin fährt«,
sagte die zuständige EU-Kommissarin für Binnenmarkt, Industrie und Unternehmen,
Elzbieta Bienkowska.
Ob Rudolf Diesel seinerzeit geahnt hätte, welche Verwerfungen seine
Erfindung dermaleinst auslösen würde?
Er befasste sich vor 120 Jahren mit
Kältemaschinen, also auch mit Kompression. Das kennen wir, wenn wir mit der
Luftpumpe unseren Fahrradreifen aufpumpen. Die Pumpe wird warm. Erhöhen wir den
Druck noch weiter, wird die Luft irgendwann so heiß, dass sich Kraftstoff von
selbst entzündet, könnten wir ihn in diese komprimierte heiße Luft einspritzen.
Daher kommt auch der Name »Selbstzünder«. Im Gegensatz dazu benötigt der andere
Typ von Verbrennungsmotor des Nikolaus August Otto eine Fremdzündung in Form
eines Zündfunkens einer Zündkerze, um die Verbrennung in Gang zu setzen.
Rudolf Diesel, am 18. März 1858 in
Paris geboren, wuchs in ärmlichen Verhältnissen auf. Die Familie Diesel musste
nach Ausbruch des Deutsch-Französischen Krieges 1870 wie alle Nichtfranzosen
Frankreich verlassen. Ein Onkel in Augsburg nahm ihn als Pflegekind auf. Der
Zufall wollte es, dass dieser Onkel Professor an der Augsburger Königlichen
Kreisgewerbeschule war. So kam Diesel mit Physik und Mechanik in Verbindung,
studierte ab 1875 an der Polytechnischen Schule in München, dem Vorläufer der
heutigen Technischen Universität München. Seine Abschlüsse bestand er immer als
Bester.
- Er besuchte unter anderem die Vorlesungen des
Professors Carl Linde, des Gründers des Linde-Konzerns. Der hatte das
erste Labor für Maschinen in Deutschland eingerichtet und leistete mit der
Erfindung der Kältetechnik und des Kühlschranks mehr für die Gesundheit
der Menschen als alle grünen Gutmenschen mit ihren wirren Vorstellungen
über korrekte Lebensmittel und neues Leben.
Beide, der berühmte und später
geadelte Professor Linde und sein Musterschüler kannten natürlich die Arbeiten
des berühmten französischen Physikers und Ingenieurs Nicolas Léonard Sadi
Carnot mit den »Betrachtungen über die bewegende Kraft des Feuers und die zur
Entwicklung dieser Kraft geeigneten Maschinen«. Darin zeigte er, was heute
partout nicht in rote und grüne Köpfe will, warum nämlich eine Dampfmaschine
mechanische Arbeit verrichten kann und vor allem, wodurch ihr Wirkungsgrad und
ihre Grenzen bestimmt werden. Würden mehr grüne und rote abgebrochene
Soziologen und andere Schwätzer mal etwas davon gehört haben – niemals käme
jemand auf die verwegene Idee einer Energiewende oder gar des Verbotes von
Benzin oder Diesel angetriebenen Autos.
Carnot erkannte, dass überall dort,
wo ein Temperaturunterschied existiert, auch eine mechanische Kraft erzeugt
werden kann. Er hatte beschrieben, wie eine Maschine mit einem deutlich höheren
Wirkungsgrad konstruiert sein muss, um also aus dem Brennstoff deutlich mehr
mechanische Energie herauszuholen. Den Konstrukteuren der Dampfmaschinen blieb
damals in Ermangelung besserer Materialien nicht viel anderes übrig, als
auszuprobieren, wie dick oder dünn zum Beispiel das Blech der Dampfkessel sein
musste. Mit teilweise schlimmen Folgen, wenn ein unter hohem Druck stehender
Dampfkessel explodierte, weil die Wandstärke doch zu gering war oder der Stahl
fehlerhaft.
Den Herstellern von Dampfmaschinen
gelang es nicht, den Wirkungsgrad ihrer Maschinen wesentlich zu steigern. Die
setzten nur etwa 10, 15 Prozent der Energie der Kohle in mechanische Energie
um. Also eine verhältnismäßig ineffiziente Maschine, die viel Kohle für
bescheidene Krafterzeugung verbrauchte. Mehr ging jedoch nicht.
Nikolaus Otto hatte den nach ihm
benannten Ottomotor erfunden. Er war schon deutlich besser als die
Dampfmaschine, setzte mehr Energie des Brennstoffs in mechanische Energie um.
Aber er war immer noch nicht so effizient, wie sich das Rudolf Diesel
erträumte. Er wollte seine ideale Wärmekraftmaschine nach der Theorie des
idealen Kreisprozesses von Carnot konstruieren.
Diesels Maschine komprimierte Luft,
erhitzt sie bis zu jenem Punkt an dem Öl, das eingespritzt wird, zündet.
Er meldete am 27. Februar 1892 ein Patent auf seinen Dieselmotor an;
genau an diesem Tag, 126 Jahre später, kam der gerichtliche KO-Schlag für den
Dieselmotor. Da
nämlich erlaubte das Bundesverfassungsgericht Kommunen, Fahrverbote für
Dieselfahrzeuge zu erlassen.
Seine Maschine musste mit einem
hohen Druck und viel Sauerstoff arbeiten, einem sogenannten Luftüberschuss. Nur
dann konnte deutlich mehr Energie aus dem Brennstoff gewonnen werden. Doch
schaffte es Diesel, mit den damaligen Materialien einen Zylinder mit
Anschlüssen zu bauen, der die sehr hohen Drücke aushalten konnte, die er
berechnet hatte? Oder flog ihm die Konstruktion in einer gewaltigen Explosion
um die Ohren?
Heute kann man sich den Mut und
Ausdauer Diesels zu seinen teilweise gefährlichen Experimenten kaum mehr
vorstellen. Seine Erfindung ist heute salonreif geworden, wir setzen uns in
unsere bequemen Autos. Unter der Motorhaube sitzen gleich vier solcher
Zylinder, in die unter fast unvorstellbar hohen Drücken Sprit eingepreßt wird.
Die mehreren tausend Explosionen in der Minute zerreissen nicht das Gehäuse,
sondern treiben mit ungeheurer Kraft Gefährte mit zwei bis drei Tonnen Gewicht
nach vorn. Wir hören nur ein sanftes Säuseln und wundern uns vielleicht noch an
der Tankstelle, wie wenig Sprit dieses mechanische Wunderwerk benötigt.
Rudolf Diesel musste dagegen
seinerzeit einen Vorläufer der Einspritzpumpe entwickeln. Er baute einen
komplizierten Kompressor, eine sogenannte Einblasmaschine, die zuerst Benzin in
Luft zerstäubte und das Gemisch in den Brennraum drückte. Doch dieses leicht
entzündliche Benzin-Luft-Gemisch durfte unter dem Druck vorher nicht zu heiß
werden, es verbrannte sonst schon auf dem Weg in den Brennraum. Und so manches
Mal endeten seine Versuche in Explosionen und Flammen.
1897, vor gut 120 Jahren also, setzte sich der erste funktionierende
Motor nach dem Prinzip des Rudolf Diesel laut knatternd in Bewegung.
Die Ingenieure registrierten einen
sensationellen Wirkungsgrad von 26,2 Prozent.
Endlich stand dem Menschen eine Maschine
zur Verfügung, mit der er so viel Kraft erzeugen konnte wie noch nie
zuvor. Diesel selbst stellte sich vor,
dass damit nicht mehr nur große Industrieunternehmen wie Stahlfabriken,
Bergwerksbetriebe und große Textilfabriken in den Genuss mechanische Energieerzeugung
waren, sondern dass damit auch kleineren Unternehmen und Handwerksbetrieben
eine bezahlbare Kraftquelle zur Verfügung stand. Wohlgemerkt: Kleinere
elektrische Sägen, Drehmaschinen, gar akkubetriebene Meißel, Bohr- und
Fräsmaschinen gab es nicht. Den mühsamen Antrieb besorgten seinerzeit Menschen
oder Tiere.
Früher war der Dieselmotor im
Vergleich zum Benzinmotor der rauhe, ungehobelte Geselle. Aufgrund seiner hohen
Kraftentfaltung konnte er gut schwere Lastwagen und Lokomotiven sowie Schiffe
antreiben. Er dreht langsam, verbraucht wenig Kraftstoff, ist also sparsam.
Kein Wunder, dass Motorenbauer auch
den Diesel als Antrieb für sparsame PKW-Motoren wollten.
Mercedes-Motoreningenieuren gelang es zuerst, den Diesel einigermaßen zu zügeln
und stellten 1936 den ersten Dieselmotor im Personenwagen vor.
In den Fünfziger und sechziger
Jahren eroberte er sich auch im Personenwagen einen größeren Marktanteil; die
Autokäufer freuten sich über günstigeren Kraftstoff und sparsamere Motoren. Zum
Leidwesen ihrer Nachbarn, denn ein frühmorgendlicher Kaltstart eines
Dieselmotors weckte zuverlässig sämtliche Schlafenden auf, klang so, als würde
man einen Eimer mit Kieselsteinen über einem Blechdach ausschütten. Mit
verschiedenen Tricks versuchten die Konstrukteure, den Diesel zu zivilisieren.
Ein Trick war eine Zeitlang die Vorkammer, eine kleine Aushöhlung im Brennraum,
in der zuerst ein Teil der Verbrennung stattfand, bevor sie dann in den
Zylinderraum kam und dort den Kolben nach unten treiben konnte. Damit war die
massive, kräftige Explosion zu einem Zeitpunkt etwas verzögert und damit in
ihrer Wucht gleichzeitig gedämpft.
Dann versuchten die Ingenieure, die
einströmende Luft in eine gezielte Drehbewegung zu versetzen, um den Diesel
rußärmer, leiser und umweltfreundlicher zu machen.
Doch die Experimente erweisen sich
als kompliziert. Eindrucksvolle Bilder aus dem Inneren des Brennraumes zeigen
turbulente Strömungen, Flammfronten, die sich chaotisch ausbreiten. Es ist eben
anspruchsvoll, chemische Energie in einer Verbrennungsreaktion in mechanische
umzuwandeln und die Prozesse gleichzeitig so beherrschen zu wollen, daß wenig
Abgase herauskommen. Das gelingt trotz jahrelanger Forschung bisher immer noch
nicht richtig.
Denn die Ausbreitung der
Flammenfronten im Brennraum sind schwer genau zu berechnen. Was in Bruchteilen
von Sekunden bis zu 500 oder 1000 mal in der Sekunde passiert, ist ebenfalls
fast nicht im Computer zu simulieren. Zu chaotisch ist das, was uns die Natur
mit der Verbrennung liefert.
Wer in eine Kerze schaut, tut sich
schon schwer mit einer genauen Beschreibung der chemischen Vorgänge. Noch
schwieriger wird es bei einem flackernden und lodernden Holzfeuer. Ganz
schwierig ist es mit einer Verbrennung im Zylinder eines Motors. Die findet zudem
unter sehr verschiedenen Umständen statt.
Entsprechend heikel, den Ausstoß an
Schadstoffen zu regeln. Schließlich läuft ein Verbrennungsmotor unter extrem
unterschiedlichen Bedingungen: im Leerlauf, langsam, schnell, bei eisiger Kälte
und großer Hitze. Entsprechend unterschiedlich sind die Verbrennungsvorgänge
und mithin das Abgasverhalten.
Was dem Diesel seit Anbeginn anhaftete, war der schlechte Geruch und der
Ruß, der sich in dunklen Qualmwolken aus dem Auspuff bemerkbar machte.
Das waren verbrannte Dieselpartikel.
Die sollten weg. Die Motoreningenieure erhöhten also den Druck im Zylinder,
damit der Kraftstoff bei einem höheren Sauerstoffanteil noch mehr und besser
verbrannt werden kann.
Dazu mussten sie Gehäuse und Wände
verstärken und die Einspritzpumpe leistungsfähiger machen. Heute sind das wahre
Technikmonster: Mit bis zu 2.500 teilweise 3.000 bar Überdruck spritzen sie bei
jeder Zündung den Kraftstoff in wenigen Tröpfchen in den Brennraum. Senkrecht
in den Himmel gehalten würde eine solche Einspritzpumpe die Kraftstoffpartikel
bei diesem Druck höher in den Himmel schießen, als jedes Flugzeug fliegt: 25 km
– allerdings unter der Voraussetzung, dass der Strahl nahezu senkrecht in
Ideallinie hochfliegt und nicht zur Seite hin aufgefächert wird.
Unliebsame Folge: Die Rußpartikel,
die aus dem Auspuff kommen, wurden immer kleiner. Man konnte sie praktisch
nicht mehr sehen. Aber sie sind noch vorhanden und stehen unter dem Verdacht,
lungengängig zu sein, ja sich sogar in der Blutbahn einnisten zu können sowie
Krebs zu erzeugen.
Deshalb entwickelten die
Motoreningenieure Partikelfilter. Das konnten aber keine einfachen
Filtersysteme wie beim Kaffeefilter sein; die wären rasch mit Rußpartikeln
verstopft. Der Ruß muss in regelmäßigen Abständen verbrannt werden. Wenn
möglich, ohne dass dabei das Auto in Flammen aufgeht. Auch das gelang den
Ingenieuren. Aus einem modernen Diesel-Auspuff kommen heute praktisch keine
Partikel mehr heraus. Der Diesel ist ein
sauberer Antrieb.
Der Dieselmotor – eine der wesentlichen
Grundlagen für den industriellen Siegeszug Deutschlands, die überall in der
Welt als wesentliche Quelle zur Kraft genutzt wird. Dennoch soll er weg.
Gab es das in der Geschichte der
Menschheit schon einmal, dass politische Abenteurer glaubten, folgenlos eine
dieser wichtigsten Kraftquellen abschalten zu können?
Autor: Holger Douglas
***
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Holger Douglas ist Wissenschafts-
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