Zeitung Heute : Otto-Motor: Vor 125 Jahren schlug die Geburtsstunde der Maschine

Immo Sievers

Nur wenige Innovationen hatten einen so tiefgreifenden Einfluss auf die technische und gesellschaftliche Entwicklung der vergangenen 125 Jahre wie der Otto-Motor. Zwar spielte die Dampfmaschine im 19. Jahrhundert bei der Industrialisierung noch die dominierende Rolle, doch war ihr Einsatz mit erheblichen Nachteilen verbunden, so war ihr Wirkungsgrad abhängig von der Maschinengröße. Es wurde also weiter gesucht, und zwar nach einem Weg, den Brennstoff direkt einzusetzen, ohne den Umweg über Dampf. Damals gab es ja auch schon Leuchtgas, das aus Steinkohle gewonnen wurde - gleichsam ein Abfall der Koksproduktion. Allein in den Jahren 1838 bis 1854 gab es neun internationale Patentinhaber für Gasmaschinen.

Den ersten wirtschaftlich nutzbaren Erfolg erzielte Jean Joseph Lenoir, der 1860 einen unverdichteten Gasmotor mit sechs Liter Hubraum und etwa einem PS zum Patent anmeldete. Die Maschine arbeitete als doppeltwirkender Zweitakter, bei dem das unverdichtete Gas-Luft-Gemisch abwechselnd auf beiden Seiten des Scheibenkolbens elektrisch gezündet wurde. Obwohl sein Motor wegen des hohen Gas- und Schmierölverbrauchs teurer arbeitete als eine Dampfmaschine, wurden erstmals mehrere hundert Motoren hergestellt. Nur fehlten die Käufer - kleinere Betriebe, für die der Motor gedacht war, konnten ihn sich nicht leisten.

Durch zahlreiche Veröffentlichungen hat wohl auch der Kaufmann Nicolaus August Otto von Lenoirs Gas-Motor erfahren. 1832 als Sohn eines Gastwirtes geboren, absolvierte Otto eine kaufmännische Lehre und wurde schließlich Handelsvertreter für eine Kölner Firma. Zusammen mit seinem Bruder Wilhelm begann er Anfang der 60er Jahre mit Experimenten zur Verbesserung des Motors.

Der Autodidakt hatte in Versuchen den richtigen Weg gefunden, sein Motor arbeitete in den vier Takten "ansaugen - verdichten - verbrennen - ausstoßen". Allerdings gab es anfangs immer noch keine Kompression des Brenngases vor der Zündung - so wie bei heutigen Motoren. Diese gewinnen die Kraft ja aus dem Überdruck der Explosion beim Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemischs. Je mehr brennbares Gemisch bei gleichem Endvolumen untergebracht (komprimiert) werden kann, desto größer ist der Effekt der anschließenden Explosion. Denn bei jeder Energieumwandlung steigt der Wirkungsgrad mit dem Gefälle des erreichten Drucks zu dem der Umgebung. Nur die Haltbarkeit der Konstruktion begrenzt das Interesse, den Nutz-Druck weiter zu erhöhen.

Da im ursprünglichen Otto-Motor keine Kompression stattfand, entwickelte er auch nur wenig Kraft. Aber dennoch zerplatzte Ottos erster Viertakter von 1862 an den zu harten Explosionsstößen. So entstand 1863 ein Gasmotor, bei dem der Atmosphärendruck im Zylinder stoßdämpfend wirkte und den Lauf der Maschine beruhigte.

Nun gab es darauf zwar Patente in Deutschland, Belgien, Frankreich und England, doch finanziell blieb es eng, bis 1864 Karl Eugen Langen als Partner in die neu gegründete Firma "N. A. Otto & Cie" einstieg. Langen brachte nicht nur Kapital in die Firma, sondern verfügte auch über eine technische Ausbildung und berufliche Erfahrungen im Maschinenbau. Sie verbesserten den Motor, der auf der Pariser Weltausstellung 1867 mit einer Goldmedaille ausgezeichnet wurde. Obwohl der Motor noch unruhig und vor allem laut lief, lag sein Gasverbrauch bei nur einem Drittel des Lenoir-Motors.

Und nun begann für das Unternehmen der wirtschaftliche Aufschwung und der internationale Absatz. Zwar eignete sich der Motor noch nicht für eine allgemeine Nutzung in der Industrie oder im Handel, aber es gab durchaus Marktnischen, wie Buchdruckereien, wo der Otto-Motor seine Vorteile ausspielen konnte und bis 1876 wurden inklusive der Lizenzfertigungen etwa 5000 Gasmotoren gebaut.

Bereits 1869 wurde eine neue Fabrik in Deutz errichtet und 1872 wurde die Aktiengesellschaft Gasmotoren-Fabrik Deutz gegründet. Im gleichen Jahr traten Gottlieb Daimler als technischer Direktor und Wilhelm Maybach als Leiter des Zeichnungsbüros in die Firma ein.

Um den Patentschutz auf den Motor zu erhalten, bemühte man sich durch neue Konstruktionsmerkmale den Anspruch auszudehnen: Eine neue Steuerung steigerte die Leistung auf drei PS. Trotzdem begann Mitte der siebziger Jahre die Nachfrage zu sinken. Neben der Rezession durch die Gründerkrise wirkte sich auch die Konkurrenz durch Heißluftmotoren erschwerend aus. Um konkurrenzfähig bleiben zu können, musste eine neue Maschine mit größerer Leistungsfähigkeit entwickelt werden.

Die Grundkonstruktion für den "Hochdruckmotor" heutiger Funktionsweise hatte Otto bereits 1862 entworfen. Technisch scheiterte sie allerdings an dem Problem der Luft-Gas-Gemischbildung, die zwar leicht zu zünden sein musste, aber keine zu heftigen Explosionsstöße verursachen durfte. 1875 wurden die Forschungsarbeiten in Deutz forciert, Otto und sein persönlicher Mitarbeiter, der Ingenieur Franz Rings, hatten schnell Erfolg. Während des Kompressionsvorgangs sollten kleine Mengen des zündfähigen Gemisches in der Luftladung schweben, ohne sich mit ihr zu vermischen. Dieser als Schichtenbildung im Patent DRP 532 beschriebene Vorgang reduzierte nicht nur die mechanische Belastung, sondern erhöhte auch den Wirkungsgrad des Motors.

Und das Problem der Zündung? Otto entwickelte eine vom atmosphärischen Motor übernommene Methode weiter, bei der ein Steuerschieber mit einer Flamme das Gemisch durch einen "Schusskanal" entzündete. Otto und Rings konstruierten eine Versuchsmaschine. Am 9. Mai 1876 war es soweit, das erste Diagramm des neuen Motors mit einem einwandfreien Verlauf konnte aufgezeichnet werden. Heute wird dieses Dokument, das Wilhelm Maybach aufgehoben hatte, als Geburtsurkunde des modernen Verbrennungsmotors angesehen.

Otto war es gelungen, durch das Viertaktprinzip die mechanische Belastung des Motors zu reduzieren und durch die Kompression des Gemisches den Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit des Motors zu erhöhen - er lief leise und sparsam. Seine Bauweise war nach der Überarbeitung durch Maybach kompakt und er war einfach zu bedienen. Aus einem Hubraum von 6,1 Litern entstanden drei PS bei 180/min.

Bereits vier Wochen später beantragte die Firma ein Patent in Elsass-Lothringen. Dort waren die Vorprüfungsverfahren nicht ganz so strikt wie in Preußen, zu dem Deutz ja eigentlich gehörte. Erst mit dem einheitlichen Reichspatentgesetz von 1877 wurde ihr das DRP. 532 am 4. August 1877 verliehen. Und das verhinderte eine Zeit lang die schnelle Verbreitung des Otto-Motors in Europa und Amerika. Es gibt wohl auch heute noch kaum ein Patent, über das so viel geschrieben und prozessiert wurde.

Nach zahlreichen Verhandlungen wurden die Ansprüche auf Gemischbildung, Verbrennung und vor allem auf das Viertaktverfahren am 30. Januar 1886 durch das Reichsgericht aufgehoben. Nun war der Weg frei für viele Konstrukteure, unter ihnen Karl Benz und Gottlieb Daimler, selbst Viertaktmotoren zu bauen. Bald war der Otto-Motor auch für flüssige Brennstoffe modifiziert, somit konnte er universell eingesetzt werden. Er wurde unter dem Namen seines Konstrukteurs der erste massenhaft hergestellte Verbrennungsmotor, dessen Bedeutung durch den Einsatz als Automobilantrieb bis heute ungebrochen ist.

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