Rudolf Diesel
Von Professor Dr.-Ing. Kurt Schnauffer, Grünwald b.München
Die überschritt dieses Aufsatzes ist die letzte Zeile der 64 Seiten starken Denkschrift Rudolf Diesels, in der er anfangs 1892 seine Erfindung eines rationellen Wärmemotors niederlegte. Mit diesen Schlußworten hat Diesel in knappster Form Sinn und Zweck seiner umwälzenden Erfindung ausgedrückt, einer Erfindung, deren einziges Ziel die bessere Kraftstoffaus nutzung war. Aus Anlaß der 100. Wiederkehr des Geburtsjahres von Rudolf Diesel seien im folgenden die Ergebnisse eines eingehenden Quellenstudiums mitgeteilt 1).
... to rationalize Ihe exploitation of the calorific value of our fuels“ Rudolf Diesel, 1892
The heading of this publication is the last line of Rudolf Diesel's 64-page paper dealing with his invention of a rationalized internal combustion engine. The paper was written by Rudolf Diesel in the beginning of 1892. With these last words Rudolf Diesel gives a concise description of the purpose and the limits of his revolutionary invention, the sole objective of which was the improvemenl of the exploitation of the fuel.
On the occasion of the 100th anniversary of Rudolf Diesel's birth we wish to publish the following results of a thorough study of the available sources.
Rudolf Diesel, der am 18. 3. 1858 als Kind deutscher Eltern in Paris geboren wurde, kam nach dem Studium des Maschi nenbaues an der Technischen Hochschule in München durch seinen Lehrer Professor Carl von Linde im Jahre 1880 zur französischen Gesellschaft für Linde’s Eismaschinen nach Paris.
Seitdem er in einer Vorlesung gehört hatte, daß die Dampf maschinen ihren Kraftstoff, die Kohle, nur zu rd. 6% ausnutz ten, war er bestrebt, eine wesentlich wirtschaftlicher arbei tende Maschine zu erfinden. In seiner Freizeit — er war ein guter Theoretiker — beschäftigte er sich daher viele Jahre lang mit den Kreisprozessen der Kälte- und Wärmekraft- Maschinen. Um auch experimentell arbeiten zu können, ließ er sich sogar eine kleine Dampfmaschine bauen, die mit Ammoniak betrieben wurde.
Die etwa ab 1885 in Anwendung kommende Dampfüberhit zung, die durch ein größeres Wärmegefälle die Kohle besser ausnutzte als bisher, beeindruckte ihn sehr stark. Er stellte sofort seine Ammoniakmaschine auf Überhitzung um und be schäftigte sich auch theoretisch sehr eingehend mit dem neuen Problem. Etwa zur Jahreswende 1889/90 kam er dabei auf die geniale Idee, daß auch bei Verbrennungskraftmaschinen grö ßere Kraftstoffersparnisse erzielt werden könnten, wenn man durch hohe Drücke und eine Kompressionstemperatur, die „hoch über die Entzündungstemperatur des Brennmaterials steigt“, auch hier ein höheres Wärmegefälle ausnutzte. Das wardiegroßeErfindungDiesels.ErhatihrenWerdegangein gehend auf den beiden Schlußseiten einer Handschrift „Theo rie und Construction eines rationellen Wärmemotors“ geschildert. In dieser Schrift, die er in Berlin — er war 1890 nach Deutschland zurückgekehrt — Anfang 1892 abschloß, heißt es darüber:
„Theorie und Praxis hatten mich schon auf die Überhitzung der Dämpfe geführt . . . Um nicht irre zu gehen, berechnete ich auch Maschinen, welche hoch überhitzte Wasserdämpfe anwenden würden; auch hier zeigte sich die Nothwendig- keit, hohe Drucke zu gebrauchen, da nur durch große Druckdifferenz beim Expandiren ein großes Temperaturgefälle effectiv ausnutz bar wird . . ."
Und etwas später:
„... es stellte sich heraus, daß für unsere Verhältnisse der critische Punkt überschritten wurde, so daß man Flüssig- keits- und Gaszustand nicht mehr unterscheiden konnte; dies brachte mich auf die Idee, die Dämpfe als Gase zu be trachten, nur um ihnen rechnerisch näher zu kommen. Da bei entdeckte ich, daß praktisch kein Unterschied zwischen Dampf und Gas bestehe, daß ich also auch Gas bzw. Luit verwenden könne. Ich behielt aber dabei die von den vorhergehenden Untersuchungen stammenden hohen Drucke und hohe Temperaturen bei.“
Indem Diesel bei seinen Untersuchungen über die Ausnut zung größerer Wärmegefälle von den überhitztenAmmoniak- dämpfen auf Wasserdämpfe schloß und von diesen wieder auf Gase bzw. Luft, gelangte er zu der Erfindung, die das Ge biet unserer Verbrennungskraftmaschinen weitestgehend ver ändern sollte, den Dieselmotor.
Bei den hohen Drucken, die Diesel verwenden wollte — er dachte sogar an 250 atm — war es wegen der Selbstzündung des Kraftstoffes nicht möglich, diesen so wie bisher zusammen mit der Luft zu verdichten. Diesel berichtet auch darüber in seiner Handschrift wie folgt:
„Bei hohen Temperaturen war es aber nicht möglich, eine gewöhnliche Verbrennung vorteilhaft auszunutzen. — Des halb kam ich auf den Gedanken, die Verbrennung in der hochgespanntenLuftselbstvorzunehmen.“
Das erfolgte so, daß Diesel erst in der Nähe des oberen Tot punktes den Kraftstoff in die dann auf rd. 600° C erhitzte Luft einspritzte, wobei sich derselbe natürlich sofort entzündete. Die Selbstzündung war also eine zwangsläufige Folge der Dieselschen Erfindung und durchaus nicht deren Haupteil.
Der Schlußsatz seiner Handschrift, der ganz bezeichnend für das von Diesel mit seiner Erfindung erstrebte Ziel ist, lau tete dann:
„Dieser ganzen, mehr in praktischem Sinne gerichteten Pro cedur war eine jahrelange, rein theoretische, Untersuchung voraus gegangen, deren Zweck war, die Eigenschaften von Gasen, Dämpfen, und Flüssigkeiten durch einheitliche Ge setze auszudrücken, da ich auf diesem Wege allein hoffte, mich dem Ziele zu nähern, die Wärme unserer Brennstoffe rationeller auszunützen.“ (Bild 1)
Aus diesen Zeilen geht eindeutig hervor, daß das Ziel Diesels, das er mit seiner Erfindung erreichen wollte, allein die Schaffung eines Motors war, der die Wärme der Kraftstoffe rationellerausnutzte, alsowirtschaftlicherarbeitete.Seine Erfindung war daher durchaus nicht, wie es bisher immer hieß, mit der „Selbstzündung der Kraftstoffe" erschöpft. Für Diesel war die Selbstzündung nicht Selbstzweck, sondern nur Mit tel zum Zweck. Der mit ihr erreichte Wegfall aller fremden Zündquellen war daher eigentlich nicht mehr als eine nütz liche Zugabe zu seiner Erfindung.
Aus dem gleichen Grunde war auch die Art der Einsprit zung des Kraftstoffes für Diesel von untergeordneter Bedeu tung. Sie war durchaus nichts Festliegendes, sondern eben falls nur ein Mittel zum Zweck. An sich war Diesel von An fang an davon überzeugt, daß die direkte Einspritzung des Kraftstoffes am günstigsten sein würde. Er hat daher mehrere Vorschläge für eine direkte Einspritzung ausgearbeitet und warsogarschonmitVorkammernbzw. Nachkammern.Auch ür seine ersten Versuche verwendete er z.B. das Akkumu- ierverfahren. Erst als er erkannte, daß die technischen Vor aussetzungen für eine direkte Einspritzung damals noch nicht gegeben waren, ging er auf die Einblasung mit hochverdich teter Luft über. Daß Andere später die direkte Einspritzung verwirklichten, ändert nichts an der Tatsache, daß auch diese Motoren auf Grund ihres Arbeitsverfahrens Dieselmotoren sind.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß auch der im Dieselmotor durchzuführende Arbeitsprozeß ebenfalls nichts Feststehendes war. Auch er gehörte nicht zur Haupt erfindung. Diesel hat daher, wie noch folgen wird, den Car notprozeß, von dem er zunächst angenommen hatte, daß er für seinen Motor der günstigste sein würde, durch einen an deren Prozeß ersetzt, als er seine Unbrauchbarkeit erkannte. An der Haupterfindung Diesels wurde dadurch nichts ge ändert.
Aber auch die Art des Kraftstoffes, mit der sein rationeller Motor betrieben werden sollte, war für Diesel ganz gleich gültig. Es war' durchaus nicht seine Absicht, etwa einen brauchbaren Petroleum- oder Ölmotor zu bauen, wie man es heute allgemein hört. Ihm kam es ganz allein auf eine bes sere Ausnutzung der Kraftstoffe an und zwar möglichst aller Kraftstoffe. Er hat daher nicht nur mit Dieselöl, sondern auch mit anderen flüssigen Kraftstoffen und mit gasförmigen, ja sogar mit festen, Versuche durchgeführt. Bei den flüssigen arbeitete er noch mit Benzin, Benzol, Spiritus, Naphta, Petro leum, Solaröl u.a.m. Nur weil bei den mehrjährigen Ver suchen sich unser heutiges Dieselöl als günstigster Kraftstoff
erwies, schuf Diesel in den Jahren 1893 bis 1897 den Hochdruckölmotor.
Selbstverständlich sind auch der Kohlenstaubmotor und die in den letzten Jahren entwickelten Vielstoffmotoren, die nicht nur mit Dieselöl, sondern auch z.B. mit Benzin und Benzol betreiben werden, reine Dieselmotoren, da sie alle nach dem von Diesel erdachten und von ihm erstmalige in die PPraxis eingefürten Verfahren arbeiten.
Schon im Jahre 1892 in einem Motor hohe Drucke und hohe Temperaturen anzuwenden mit dem alleinigen Zweck, eine wesentlich bessere Kraftstoffausnutzung zu erzwingen, war aber ohne jedes Vorbild. Alle bis dahin gebauten Motoren, so die von Söhnlein, Capitaine, Brayton, Hargraeves und Acroyd Stuart, die bisher als Vorläufer Diesels angesehen werden, waren das nicht, da sie ohne Ausnahme nur ge ringe Drucke und Temperaturen verwendeten. Die Motoren dieser Erfinder hatten daher einen höheren Kraftstoffver brauch als Diesel. Außerdem arbeiteten alle noch mit Fremd- Zündungen, da die von ihnen verwendeten Drucke für eine Selbstzündung nicht ausreichten.
Wie kommt es nun, daß Diesel wegen dieser einmaligen Erfindung soviel Anfeindungen erdulden mußte? Er hatte — und das soll besonders herausgestellt werden — erstmalig einen Motor erdacht, in dem sämtliche Verbrennungsprozesse durchgeführt werden konnten. Als er sich für einen davon entscheiden mußte, erinnerte er sich unglücklicherweise daran, daß Professor von Linde den Carnotschen Prozeß als den
wirtschaftlichsten für Verbrennungskraftmaschinen angegeben hatte. Diesel berechnete, daß es theoretisch mit 'diesem mög lich sein müßte, nur mit einem Zehntel des bisherigen Kraftstoffverbrauchs auszukommen. Außerdem brauchte der Motor keine Kühlung. Die Professoren von Linde und Moritz Schröter der Technischen Hochschule München, an die sich Diesel zunächst wandte, waren von seinen Berechnungen stark beeindruckt. Sie bestätigten ihm, daß der von ihm vor geschlagene Prozeß auf einer theoretisch gesunden Basis
stehe, die allein richtig sei, um Fortschritte zu erzielen. Leider zeigte es sich schon ein Jahr später, daß das falsch war. Angeregt von Herren von Krupp hatte Diesel im Mai 1893 noch einmal Berechnungen über den in seinem Motor vorgesehenen Verbrennungsprozeß durchgeführt. Dabei kam er zu der niederschmetternden Erkenntnis, daß die Verwirk lichung des Carnot-Prozesses nicht möglich war. Der Grund dafür war, daß beim Carnot-Prozeß, der bei konstanten Tem peraturen durchgeführt werden mußte, nur 15% von der im Zylinder verdichteten Luft am Verbrennungsprozeß beteiligt werden durfte. Es ist verständlich, daß ein so wenig ausge nutzter Motor trotz günstigster thermischer Wirkungsgrade keine ausreichende Leistung abgeben konnte. Diesel und auch
die von ihm befragten Wissenschaftler waren einem Trug schluß zum Opfer gefallen. Als Ergebnis seiner Berechnungen mußte Diesel feststellen, daß er den Prozeß ändern und zu einer Verbrennung bei konstantem Drude übergehen müsse. Denn bei dieser konnte er die gesamte im Verbrennungs raum vorhandene Luft am Verbrennungsprozeß beteiligen.
In seiner Patentanmeldung vom 27. 2. 1892 hatte Diesel übrigens ganz folgerichtig seinen Haupterfindungsgedanken, die Anwendung hoher Drucke und die Verdichtung reiner Luft in zwei Ansprüchen allen übrigen vorangesetzt. Erst dar nach folgte der Carnot-Prozeß. Diesels Patentanwälte, die da mals zu den besten Berlins gehörten, waren jedoch der Materie nicht gewachsen. Schon bei der ersten Erwiderung wurde der Hauptgedanke ganz weggelassen, so daß sogar das Patentamt ihn später wieder aufgteifen mußte. Der vom Prüfer schließlich vorgeschlagene Anspruch koppelte Diesels Haupterfindungsgedanken leider mit dem nur theoretisch brauchbaren Carnot-Prozeß. Dadurch wurde das Dieselsche Hauptpatent, das am 23. 12. 1892 erteilt wurde, und die Nr. 67 207 erhielt, zum Teil entwertet.
über die Entwicklung des Motors ist folgendes zu sagen: Am 7. 3. 1892 hat sich Diesel mit seiner Erfindung an die Maschinenfabrik Augsburg (M.A.) gewandt. Nach eingehen der Prüfung erhielt er jedoch am 2. 4. 1892 eine Absage, weil die Schwierigkeiten des neuen Motors mit Verbrennungs drücken von 250 atm für zu groß angesehen wurden. Diesel berechnete daher abgewandelte Prozesse, die nur Höchst drücke von 44 atm ergaben. Seine neuen Ergebnisse teilte er am 6. 4., 9. 4. und 13. 4. dem allein verantwortlichen Direktor der M.A., Heinrich von Buz, mit. Völlig unerwartet erklärte sich dieser am 20. 4. 1892 bereit, einen Versuchsmotor zu bauen. Wenn der Brief, es ist wohl das wichtigste Dokument aus der Entwicklungsgeschichte des Dieselmotors, auch in sehr vorsichtiger und zurückhaltender Form gehalten war, so war er doch eine Zusage. Es muß besonders hervorgehoben wer den, daß Buz den Wert der Dieselschen Erfindung zweifellos erkannt hatte, denn seine entscheidende Zusage wurde schon lange vor der Klärung der Patentfrage gegeben.
Da Diesel außer dem Bau des Versuchsmotors keine wei teren finanziellen Forderungen an die M.A. gestellt hatte, mußte er versuchen, sich die Mittel für seinen Lebensunter halt für dieDauer derVersuchszeit, die er auf 3 Jahre schätzte, auf eine andere Weise zu besorgen. Er entschloß sich daher im Herbst 1892, seine handschriftlichen Aufzeichnungen über seine Erfindung zu veröffentlichen, um so Verbindung zu einem größeren Industriekreis zu erhalten. Das Buch, das im Springer-Verlag erschien, wurde ab 21. 12. 1892 ausgeliefert. Es fand eine außergewöhnliche Beachtung, denn fast alle Pro fessoren, denen er sein Buch zusandte, waren von der Rich tigkeitderDieselschenAusführungenunddenCarnot-Pro zeß sowie dessen Verwirklichung in seinem Motor überzeugt. Nur wenige äußerten Bedenken.
Für Diesel brachte das Buch den erhofften Erfolg, denn die Firma Fried. Krupp, Essen, interessierte sich für den Motor und schloß, allerdings erst nach zweimaliger Rücksprache mit Buz, einen Vertrag mit Diesel ab, der ihm die erwünsch ten Einkünfte brachte.
Im Juli 1893 hatte die M.A., wie versprochen, den Ver suchsmotor fertig gestellt. Bei den ersten Versuchen, die vom 17. 7. bis 22. 8. 1893 in Augsburg von Diesel durchgeführt wurden, brauchte er, um den neuen Arbeitsprozeß zu errei chen, gegenüber dem ursprünglich vorgesehenen Carnot-Prozeß, nur fünfmal soviel Kraftstoff einzuspritzen, sowie einen Kühlwassermantel anzubauen. Andere Änderungen waren nicht erforderlich. Die Versuche ergaben, daß Motoren nach Diesels neuem Verfahren arbeiten konnten und zwar schon bei Drücken von 30 atm und Verdichtungstemperaturen von 500° C. Noch über 3 Jahre dauerte es aber, bis es Diesel ge lang, einen betriebsbrauchbaren Motor zu entwickeln. Das war sehr schwierig, denn die bei der Entwicklung sehr zahl reich auftretenden Unklarheiten und Trugschlüsse mußte er alle allein überwinden. Den einzigen Halt, den er während dieser überausschwerenVersuchsjahrehatte,warseinGönnerHein rich von Buz. Trotz aller Rückschläge glaubte dieser unbeirrt an den kommenden Erfolg des Dieselschen Systems. Ihm ist es wohl allein zu verdanken, daß Diesels geniale Idee damals Wirklichkeit wurde. Buz war es auch, der, als Krupp im Herbst 1895 von seinem Rücktrittsrecht Gebrauch machen wollte, zum Ausharren riet. Ihm ganz persönlich gebührt da her das Verdienst, Wegbereiter der großen Dieselschen Erfin dung gewesen zu sein 2). Der Erfolg vom Februar 1897, als der Dieselmotor sich mit einem Gesamt-Wirkungsgrad von 26,2% als die wirtschaftlichste Wärmekraftmaschine der Welt er wies, gab ihm in seinem Glauben recht.
Welch gewaltigen Fortschritt der Dieselmotor brachte, gef z. B. daraus hervor, daß im Jahre 1894 anläßlich eines Wet' bewerbs 22 Petroleummotoren im Durchschnitt noch einen Verbrauch von 533 g/PSh hatten 3), während der Dieselmotor von 1897 nur noch 211 g/PSh benötigte. Im Jahre 1902 waren es dann 173 g/PSh und jetzt wurden durch den Hochauflade motor der M.A.N. Typ K6V30/45 sogar 140 g/PSh erreicht. 4).
Das Arbeitsverfahren aber, das von Diesel im Mai/Juni 1893 gewählt wurde, hat sich trotzdem bis heute im Prinzip nicht geändert, wie ein Vergleich zweier Diagramme aus dem Jahre 1897 und 1957 (Bild 2 und 3) beweist.
Diesel wurde recht bald sehr angefeindet, weil der Arbeits prozeß in dem Patent 67207 anders war, als der des Motors von 1897. Zwar arbeitete dieser, und das soll besonders her vorgehoben werden, genau nach dem Haupterfindungsgedan ken Diesels aus dem Jahre 1889/1890, mit dem Patent Nr. 67207 stimmte er jedoch nur noch zum Teil überein.
über ein Jahrzehnt ertrug Diesel alle Anfeindungen, dann kapitulierte er. Sein Freitod am 29./30. 9. 1913 auf der Über fahrt nach England beendete sein so tragisches Erfinder schicksal.
Wirwissen,welchgigantischeAuswirkungendieDieselsche Theorie gehabt hat und wie segensreich seine Erfindung für die ganze Menschheit wurde. Ein tragisches Geschick fügte es, daß er durch den Carnot-Prozeß für kurze Zeit im Wege irrte. Das wurde sein Schicksal. Was aber stets unerschütterlich blieb, war seine große Idee — der Triumph einer Theorie.
1) Siehe auch „Die Erfindung Rudolf Diesels — Triumph einer Theorie“. ZVDI 1958, S. 308 u, f.
2) Siche auch G. Slrößner, .Wegbereiter einer Erfindung”, MTZ 19 (1958), Nr. 3, S. 82—86.
3) W. Hartmann, .Leistungsversuche mit Petroleummotoren”, ZVDI 1895, S. 472.
4) G. Eichelberg u. W. Pllaum, .Untersuchung eines hochaufgeladenen Die selmotors”, ZVDI 1951, S. 1113—1123. W. Pllaum, .Steigerung .von Leistung und Brennstoffausnützung durch hoch aufgeladene Dieselmotoren", MTZ 13 (1952), Nr. 2, S. 29—35.