Rudolf Diesel – eine kleine Erinnerung

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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