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StartseiteForschung aktuellSchüttelfreier Dieselantrieb für Motorboote14.10.2013

Schüttelfreier Dieselantrieb für Motorboote

Neuartiges Konzept soll Außenborder umweltfreundlicher machen

Ein normaler Motor mit Pleuelstange, Kolben und Kurbelwelle erzeugt ein regelmäßiges Schütteln. Dieses sogenannte Wechselmoment ist nicht nur lästig, sondern verschwendet auch Energie. Aachener Forscher wollen das Problem nun beheben – mit einer neuen Art von Motor.

Von Sönke Gäthke

Ein Motorboot auf dem Bodensee  (Messe Friedrichshafen)
Ein Motorboot auf dem Bodensee (Messe Friedrichshafen)

"In dem Fall war die Herausforderung, einen Diesel-Außenbordmotor zu machen"

Stefan Pischinger, Vorsitzender der Geschäftsführung des Motorenentwicklers FEV sowie Professor in Aachen, steht vor dem Modell des Diesel-Außenborders, das sein Innenleben zeigt: Zwei Kolben, vier Pleuelstangen und zwei mit Zahnrädern gekoppelte Kurbelwellen –

"Was ungewöhnlich ist, dass jeder Kolben nicht mit einer Pleuelstange zur Kurbelwelle verbunden ist, sondern an jedem Kolben sitzen zwei Pleuelstangen, wobei jede Pleuelstange zu einer separaten Kurbelwelle geht, und diese Kurbelwellen sind mit einer Verzahnung gekoppelt und drehen sich entgegengesetzt."

Normalerweise ist ein Motor viel einfacher aufgebaut – ein Kolben ist mit einer Pleuelstange verbunden, und diese eine Pleuelstange dreht eine Kurbelwelle, wenn sie von dem Kolben geschoben wird.

"Warum macht man so eine komplizierte Konstruktion?"

Weil das Ganze nicht so ganz perfekt rund läuft. Jedes Mal, wenn der Kolben nach der Zündung nach unten schlägt, ruckt auch das Pleuel voran, wirbelt die Kurbelwelle mit voller Kraft eine halbe Umdrehung herum – dann ist der Schub erst mal vorbei, der Kolben wird vom Pleuel wieder nach oben getrieben. Dieser Kräftewechsel macht sich als Schütteln im ganzen Motor bemerkbar – Wechselmoment nennen ihn die Konstrukteure.

"Also, wenn das hier der Motor wär’, dann wär’ das Wechselmoment, wenn der Motor so hin- und herkippt, ja, und praktisch um die Achse kippt, die auch gleich der Kurbelachse ist, ja."

Stefan Pischinger hält die Hände vor den Kolben des Modells parallel in die Höhe, bewegt sie dann im Takt nach links und rechts. Würden beim Außenborder die Zylinder auch stehen, wie in dem Modell, wäre das nicht weiter tragisch, doch sie liegen, die Zylinder sausen parallel zur Wasseroberfläche – die Kurbelwelle dreht sich senkrecht dazu. Die Folge - den Außenborder schüttelt es hin und her.

"Wenn Sie sich vorstellen, ein Außenbordmotor, der um die Vertikalachse schüttelt, ja, der verändert dann ständig seinen Winkel, dass heißt, das Boot würde dann immer Schlangenlinien fahren, und – bei Ottomotoren ist dieses Wechselmoment kleiner, weil die ja nicht so hoch verdichtet sind, aber bei Dieselmotoren ist das viel größer, und deswegen gab’s die Herausforderung, diese Wechselmomente zu eliminieren."

Um dieses Schütteln zu eliminieren gibt es im Grunde genommen nur einen Weg:

"Es muss eine entgegengesetzt drehende Welle sein."

Nur dann heben sich die Kräfte gegenseitig auf, und der Motor läuft ohne Schütteln. Das ist leicht gesagt, aber aufwendig zu konstruieren.

"Ja, also erst mal ist es wichtig, dass die beiden Kurbelwellen sich natürlich absolut synchron drehen, das wird über die Verzahnung gemacht. Aber da es dazwischen natürlich wechselnde Kräfte gibt, muss diese Verzahnung sehr spielfrei sein, also da darf keine Spiel drin sein."

Die zweite Herausforderung ist, die beiden Pleuel mit dem Kolben zu verbinden. Normalerweise wird ein Pleuel im Kolben an einem Kolbenbolzen befestigt. Dieser Kolbenbolzen wirkt dabei wie eine Achse; obwohl die beiden Teile fest verbunden sind, kann der Kolben auf der Achse ein wenig kippeln. Das verhindert, dass das Pleuel ihn in die Zylinderwand rammt. Bei zwei Pleueln ist das nicht mehr so einfach zu erreichen - die Aachener Ingenieure mussten daher ein zusätzliches Gelenk in den Kolben einbauen, das ihm genügend Bewegungsfreiheit verschafft.

"Das war eigentlich einer der wesentlichen Innovationen auch in der Realisierung."

Der Motor wird derzeit von den Auftraggebern, der Firma Neander, letzten Tests unterzogen; dank des technischen Aufwandes soll er 25 bis 30 Prozent weniger verbrauchen als ein gleich großer Benzinmotor. Das Kieler Unternehmen geht davon aus, dass kommerzielle Betreiber die höheren Anschaffungskosten nach etwa ein bis zwei Jahren durch den niedrigeren Verbrauch wett gemacht haben können.

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