Alternative Antriebstechniker werden gerne mal als „neumodischer Quatsch“ oder Ähnliches bezeichnet. Doch bereits vor über 100 Jahren experimentierte man mit den verschiedensten Möglichkeiten, Kutschpferde in den wohlverdienten Ruhestand zu entlassen. Wir zeigen hier einige erfolgreiche und weniger erfolgreiche Versuche, ein Fahrzeug anzutreiben.
Der Hybrid-Antrieb
Vor wenigen Jahren galt der Hybrid-Antrieb als Meilenstein in der Automobilbranche und öffnete der Elektromobilität den Weg in die Motorenindustrie. Dabei ist der Hybrid-Antrieb keine neue Erfindung, sondern feierte durch Emilio de la Cuadra, Offizier der königlich spanischen Armee, sein Debut bereits 1898 in Barcelona. De la Cuadra bestückte erstmals einen Kleinwagenprototyp (Voiturette) mit einem E-Antrieb in Verbindung mit einem Ein-Zylinder-Verbrennungsmotor.
Der E-Antrieb
Natürlich blieb die Erfindung von de la Cuadra nicht unentdeckt und bereits ein zwei Jahre später, auf der Weltausstellung in Paris am 14. April, stellte Ferdinand Porsche erstmals ein rein elektrisch betriebenes Automobil vor – den Lohner-Porsche. „Die epochemachende Neuheit“, hieß es in einem zeitgenössischen Fachblatt, „besteht in der gänzlichen Beseitigung aller Zwischengetriebe als Zahnräder, Riemen, Ketten, Differentiale etc., kurz in der Herstellung des allerersten bisher existierenden transmissionslosen Wagens.“ Tatsächlich kommt Porsches Radnabenmotor ohne Getriebe und Antriebswelle aus, weil das Rad als Rotor des Gleichstrommotors um den mit der Radaufhängung fest verbundenen Ständer läuft. Der Antrieb arbeitet daher ohne mechanische Reibungsverluste mit dem traumhaften Wirkungsgrad von 83 Prozent. Die Motoren des Lohner-Porsche leisteten bis zu zwanzig Minuten lang je sieben PS, während die Normalleistung 2,5 PS bei 120 Umdrehungen pro Minute betrug. Ein 44-zelliger Akku mit 300 Amperestunden und 80 Volt ließ das Auto bis zu 50 Kilometer weit fahren. Die Minimalgeschwindigkeit betrug 17 km/h, die Normalgeschwindigkeit 37 km/h und die Höchstgeschwindigkeit knapp 50 km/h. Eine elektrische Bremse wirkte auf die Vorderräder, eine mechanische Bandbremse auf die Hinterräder. Sperrklinken an der Hinterachse verhinderten überdies ein Zurückrollen an Steigungen. Je nach Aufbau und Motorisierung kostete ein Lohner-Porsche in den Folgejahren zwischen 10.000 und 35.000 österreichische Kronen und damit wesentlich mehr als ein vergleichbares Fahrzeug mit Verbrennungsmotor.
Der Holzvergaser
Die Geschichte des Holzvergasers beginnt bereits im 19. Jahrhundert. Damals wurde aus Holz durch die Holzverkohlung noch wichtige Rohstoffe für die Chemieindustrie erzeugt. Aufgrund eines Erlasses der Reichsbehörden im 2. Weltkrieg, in dem angeordnet wurde, dass Lastwagen, Omnibusse, Traktoren, PKW´s, Schienenfahrzeuge und Binnenschiffe, den Verbrauch vom kriegswichtigen flüssigen Kraftstoff auf festen Brennstoff umstellen sollen, feierte der Holzvergaser in der Zeit von 1939 bis 1945 seine Hochzeit. Um immer genug „Sprit“ dabei zu haben, führten die meisten Fahrzeuge einen Anhänger mit ausreichend Brennmaterial mit sich. Eine grobe Faustregel besagte, dass 2-2,5 kg ungefähr einem Liter Benzin entsprechen. Erschwerend hinzu kam, dass sich die Motorleistung um ca. 40 Prozent verringerte, weil der Heizwert von Holzgas im Vergleich zu Benzin um etwa ein Drittel geringer und die Verbrennungsgeschwindigkeit langsamer ist.
Der Gas-Antrieb
Wie bereits bei dem Holzgas betriebenen Motoren, schaffte der Gas-Antrieb seinen großen Durchbruch erst im 2. Weltkrieg unter den Nationalsozialisten. Doch war der Gedanke, einen Motor mit Gas anzutreiben, damals schon über 100 Jahre alt. Bereits 1863 baute der Luxemburger Jean Joseph Ètienne Leoir einen mit Leuchtgas betriebenen Verbrennungsmotor. Aufgrund der Größe der Gastanks, kam dieser Motor für Fahrzeuge allerdings nicht infrage, da diese viel zu groß und schwer waren. Erst 1934 stellten die ersten Fahrzeuge auf erdgasbetriebene Motoren um. Dies auch wieder in Zusammenhang mit dem von den Nationalsozialisten verabschiedeten Erlass auf heimische Kraftstoffe zurückzugreifen und die flüssigen Treibstoffe für die Wehrmacht zu bewahren. Da die Gastanks in Wechselflaschen mitgeführt werden mussten und das Wechseln sich als einen relativ langwierigen Prozess darstellte, fand man die gasbetriebenen Motoren eher bei den kommunalen Fahrzeugen wie Bussen, Müllwagen und der Straßenreinigung. Bereits 1935 wurden die ersten Fahrzeuge auf einen fest eingebauten Gastank umgestellt, um den Gas-Antrieb auch für den privaten Bereich attraktiver zu gestalten. Bis 1938 wurde das Gastankstellennetz in Deutschland auf 50 ausgeweitet.
Der Dampf-Antrieb
Zu den ersten richtigen Automobilen gehört der Dampfwagen. Bereits 1769 baute der französische Artillerieoffizier und Erfinder Nicholas Cugnot einen, vom Kriegsministerium beauftragten, dampfbetriebenen Lastenschlepper für den einfacheren Transport von Geschützen. Trotz gerade mal 3 – 4,5 km/h „Höchstgeschwindigkeit“ gehört Cugno´s Erfindung zu einer der größten Errungenschaften in der Geschichte der Automobilindustrie und steht heute noch in einem Pariser Museum. Aus Frankreich fand der Dampf-Antrieb seinen Weg nach England. Hier wurde 1803 von Sir Goldsworthy Gurney der Dampfmotor erstmals zur Personenbeförderung eingesetzt. Nur rund 25 Jahre später fuhren die ersten Dampfomnibusse auf Englands Straßen und revolutionierten den Personennahverkehr. Trotz der Durchsetzung des Benzinmotors 1895, boten Atkins, Foden und Sentinel bis in 1930er Jahre erfolgreich ihre Dampflastwagen an. Während in 1895 der Benzinmotor in Europa auf dem Vormarsch war, begann dann erst die Blütezeit des Dampf-Antriebes in den USA. Und die hielt sage und schreibe über 15 Jahre an.
In Deutschland konnte der Dampfmotor nie einen nennenswerten Erfolg erzielen. Auch nicht während des zweiten Weltkrieges, als wegen des Benzinmangels Alternativen wichtiger denn je waren.
Trotz einiger Vorteile, wie einen hohen Drehmoment, geräuscharmer Antrieb, hoher Bremskraft durch Dampfgegendruck und einigen mehr, überwiegen die Nachteile. Der Kraftstoffverbrauch, der enorme Raumbedarf, das Gewicht und der geringe Wirkungsgrad (von maximal 12-15 %) machten den Dampf-Antrieb gegenüber dem Benzinmotor uninteressant.
Die Gasturbine
Der Benzinmotor von Gottlieb Daimler wurde anfangs überwiegend in Flugzeugen verbaut. Bereits im ersten Weltkrieg wurde der Antrieb soweit entwickelt, dass er schon bald sauberer und besser als im Auto lief. Als im zweiten Weltkrieg die Entwicklung der Turbine noch schneller voranschritt, lag es auf der Hand, den Jet-Antrieb auch im Auto zu verwenden.
So verbaute der deutsche Ingenieur und Auto-Pionier Fritz Cockerell die von ihm neu entwickelte Gasturbine in ein Auto und stellt diese am 03. Januar 1946 in München vor. Trotz Einsparungen von bis zu 50 Prozent beim Benzinverbrauch, fand sich kein Investor und Hersteller, welcher das Auto und den Motor in Serie produzieren wollte und so geriet das Projekt in Vergessenheit. Anders sah es hier im Nachkriegs-England aus. 1945 begannen bei der Firma Rover erste Entwicklungen in die Umsetzung, eine Gasturbine aus einem Flugzeug in einem Auto zu verbauen. Nur ein Jahr später stellte Rover die ersten Ergebnisse vor. Und bereits am 09. März 1950 wurde das erste fertige Produkt, der Rover T4 Roadster, auf der Silverstone Rennstrecke gezeigt.
Die Turbine der Bezeichnung T8 war ein Zweiwellenlager, bei der eine Axialturbine den Radialverdichter für die Verbrennungsluftantrieb, und eine zweite Axialturbine, die Arbeitsturbine, die für den Vortrieb des Fahrzeugs sorgte. Als maximale Drehzahl für die vorsorglich auf 100 PS gedrosselten Turbinen wurden 40.000 Umdrehungen pro Minute (U/min) und für die Arbeitsturbine 26.000 U/min genannt. Bei ersten Probefahrten erreichte die Turbine eine Höchstgeschwindigkeit von 135 km/h. Nur zwei Jahre später, schaffte die Weiterentwicklung der T8 Turbine 230 PS und legte auf der Autobahn Ostende-Brüssel eine Höchstgeschwindigkeit von 244,5 km/h hin. Bis heute ist die Gasturbine ein Antrieb, der noch nicht vollends aus den Köpfen der Autohersteller verschwunden ist. Immer wieder melden sich Hersteller, Entwickler und Ingenieure zu Wort und stellen hoch moderne Gasturbinen für den Alltagsgebrauch vor.
Der Atomantrieb
Während heute darüber gesprochen wird, wie man den wertvollen Strom der Atomkraftwerke durch nachhaltigen grünen Strom ersetzen kann, spielte man in 1954ern mit dem Gedanken, die neue und moderne Atomkraft als Antrieb für das eigene Auto zu verwenden. Vorreiter dieser Idee war die Ford Motor Company, welche einen ersten Prototypen aus Fiberglas, den FX-Atmos, für die Chicago Auto Show 1954 baute. Während die US-Fachpresse erste Behauptungen aufstelle, dass es sich bei dem neu vorgestellten Auto um ein Fahrzeug mit Atom-Antrieb handele, blieb Ford noch etwas zurückhaltend. 1958 war es dann so weit, Ford stellte das erste Konzeptfahrzeug vor, welches mit Atomenergie fahren sollte – den Ford Nucleon. Durch einen Kernreaktor, welcher nicht größer war als ein Aktenkoffer, sollte der Nucleon angetrieben werden. Die Vorteile lagen auf der Hand, keine Produktion von Abgasen und die von den Entwicklern berechnete Reichweite von 8.000 Kilometern, mit nur einer „Tankfüllung.“ Das System und die Funktion des Atomantriebs waren denkbar einfach, ein austauschbares Leistungsmodul zwischen den Hinterrädern, in dem der Kernreaktor, eine Dampfturbine, das Getriebe und die Achsantriebeinheit untergebracht waren. Ähnlich wie bei einem Atom-U-Boot sollte via Uranspaltung Dampf produziert werden, welcher die verbaute Turbine antreibt. Doch so toll die Errungenschaft auch war, mussten sich die Entwickler der Realität stellen, dass schon ein kleiner Unfall zu einer Katastrophe führen kann. Trotz der Gefahren, welche bei einem Atomantrieb lauerten, ließ Ford nicht von seinem Konzept ab und stelle 1962 in Seattle den Nachfolger des Nucleon vor – den Seattle-ite XXI. Doch stellte sich auch dieses Projekt schnell als Wunschdenken heraus. Ford war aber nicht der einzige Hersteller, welcher die zukunftsweisende Hoffnung in die Atomenergie legte. So wurde 1958 der Studebaker-Packard Astral vorgestellt. Doch genau wie der im selben Jahr vorgestellte Fulgur von Simca, schafften es die Fahrzeuge nicht in die Serienreife und führen heute ihr Dasein in Museen.
Kosmische Strahlung
Der wohl umstrittenste Antrieb ist dieser, welcher mit kosmischer Strahlung läuft. Bis heute ist seine Existenz nicht zweifelsfrei feststellbar. Doch sein Erfinder, Nikola Tesla, war der festen Überzeugung ein Fahrzeug mit der aus dem Weltraum einfallenden Strahlung, welche aus energiereichen nuklearen Teilchen besteht und auf seinem Weg auf die Erde an Intensität verliert, noch ausreicht, um Autos mit Energie zu versorgen. So zumindest schildert es Heinrich Jebens, der Gründer des Deutschen Erfinderhauses, am 09. Dezember 1930 in einer streng vertraulichen Aktennotiz. Diese Aktennotiz fand sein Sohn, Klaus Jebens, rund 50 Jahre nach dem Tod Heinrich Jebens in seinem Nachlass und veröffentlichte diese im Jahr 2006. Jebens wurde 1930 bei einer Reise in die USA von Nikola Tesla zu einer, etwas anderen, Probefahrt eingeladen. Bei dem Pierce-Arrow, mit dem Tesla und Jebens fahren sollten, fehlten der Benzinmotor, Auspuff und Tank. Lediglich ein kollektorloser Wechselstrommotor mit 55kW war in dem Auto zu finden. Anstelle von Akkumulatoren holte Tesla einen Koffer hervor, in dem sich ein Konverter befand. Diesen verkabelte er mit dem Motor und einer Antenne am Heck des Wagens. In den Unterlagen Jebens beschrieb er es wie folgt: „Ich setzte mich auf den Hintersitz. Mr. Tesla nahm Platz auf dem Beifahrersitz, wo er zwei aus dem Konverter herausragende Hebel betätigte. Dann hörte man deutlich den Motor laufen. „Nun haben wir Energie“, äußerte Mr. Tesla. Er beauftragte den Monteur, eine Fahrt zu den Niagara-Fällen zu unternehmen.“ Bis heute ist die Geschichte umstritten. Es soll zwar Zeitzeugen gegeben haben, die Jebens Aussage bestätigten, allerdings überwiegt die Seite der Skeptiker aus Wissenschaft und Technik, welche Teslas Idee als Utopie bezeichnen.
Der Kohlenstaubmotor
Erstmals 1824 wird ein mit Kohlenstaub betriebener Motor von dem französischen Physiker Nicolas Lèonard Sadi Carnot erwähnt. 1851 gibt es die ersten Einträge im US-Patent zu einer Kohlenstaubturbine und in den deutschen Patenten ab 1880. Die eigentliche Erforschung und Entwicklung begann allerdings erst einige Jahre später. 1899 experimentierte Rudolf Diesel an einem Motor, welcher mit Kohlenstaub anstelle von Dieselkraftstoff angetrieben wurde. Anfängliche Euphorie wich schnell der Ernüchterung, als der 20 PS starke Motor nach einigen Minuten die ersten Mängel aufwies. Der unter Druck eingeblasene Staub vermischte sich mit dem Öl und setze sich als dicke, schlammige Schicht auf allen beweglichen Teilen ab. Aufgrund der hohen Verschleiße lehnte die Maschinenfabrik Augsburg weitere Versuche mit Kohlestaub betriebenen Motoren ab. Rudolf Pawlikowski, Maschinenbau-, Chemie- und Elektroingenieur, arbeitete in Rudolf Diesels Konstruktionsbüro und gründete 1909 die Görlitzer Maschinenfabrik Kosmos GmbH, in der er ab 1911 Versuche an Kohlenstaub betriebenen Motoren unternahm. Dies scheiterte allerdings alles nach nur kurzer Zeit. Erst fünf Jahre später konnten an einem stationären Motor erste kleinere Erfolge erzielt werden. Der Motor der Maschinenfabrik Augsburg leistete ca. 80 PS und konnte mit pulverisierter Braun- und Steinkohle sowie mit Getreide- und Holzmehl und sogar Torf laufen. Laut eigener Angabe, soll der Motor in den folgenden Jahren bis zu 10.000 Betriebsstunde geleistet haben. Der Rudolf Pawlikowski Motor (Rupa-Motor) war geboren.
Auch wenn die Erfindung des Rupa-Motors eine große Errungenschaft war, stellten die Nachteile für den Endverbraucher und die Marktreife eine große Hürde dar. Der enorme Verschleiß an allen Teilen, welche mit dem Staub in Berührung kamen, war zu groß. Genauso wie die anfallende Menge an Asche, die der Motor produzierte. Bei einem Motor mit einem Verbrauch von ca. 85 kg/Stunde, fielen rund 5 kg Asche pro Stunde an. Das entspricht bei einem Motor, welcher 24/7 durchläuft, rund 840 kg Asche in einer Woche. Da sich aus Sicht der Wirtschaft und Technik keine Erfolge absahen, stelle man die weitere Entwicklung und Forschung viele Jahre lang ein. Erst 1977 begannen weitere Erforschungen an mit Kohlestaub betriebenen Motoren am Virginia Polytechnic Institute. 1981 ging General Motors sogar einen Schritt weiter und stellte das erste, bis jetzt einzige, mit einer Kohlestaubturbine betriebene Auto vor. Erst seit wenigen Jahren hat die Forschung und Entwicklung wieder an Fahrt aufgenommen. Unter dem Deckmantel der Nachhaltigkeit und der Erkenntnis, dass Braun- und Steinkohle ein erschöpfliches Gut sind, haben sich einige Techniker und Ingenieure den Rupa-Motor als Beispiel genommen und forschen an der Entwicklung eines Staubmotors, welcher mit nachwachsenden und umweltfreundlichen Rohstoffen betrieben werden kann.
Der Stirlingmotor
Die Geschichte des Stirlingmotors beginnt am 16.11.1816 mit der Eintragung des Patentes vom schottischen Geistlichen Robert Stirling. Dieser entwickelte einen Motor, welcher die Dampfmaschinen ablösen sollte, die die Wasserpumpen zur Entwässerung in Steinbrüchen betrieben. In den darauffolgenden Jahren wurden tausende dieser Stirlingmotoren produziert. Mit der Einführung des Ottomotors 1876 musste der Stirlingmotor zurückstecken. Otto-, Elektro- und Dieselmotoren deckten ein viel größeres Leistungsumfeld ab und verdrängten allmählich den Stirlingmotor von der Bildfläche und er geriet für viele Jahre in Vergessenheit.
In den 1930er Jahren konnte der Stirlingmotor sein „Come- Back“ feiern. Die niederländische Firma Phillips suchte nach einer Möglichkeit, ihre stromfressenden Röhrenradios auch in Ländern zu betreiben, welche über kein flächendeckendes Stromnetz verfügten.
Da Phillips kein Motorenproduzent war, entstanden Kooperationen mit namhaften Herstellern der Motoren- und Automobilindustrie. Besonders Firmen aus den USA waren an einer Kooperation interessiert, da die in den 1966 verabschiedeten Emissionsvorschriften die Industrie zum Handeln zwangen. Nach nur kurzer Zeit wurden diese Kooperationen allerdings beendet, als klar wurde, dass durch die Verwendung von Katalysatoren die erforderlichen Grenzwerte eingehalten werden können. Besonders der Abzug von Ford 1979 veranlasste Phillips dazu, die eigene Entwicklung und Forschung an Motoren einzustellen und den Fokus auf Stirling-Gaskältemaschinen zu legen. Ab 1975 gewann der Stirlingmotor besonders im Zusammenhang mit Blockheizkraftwerken (BHKW) und Kraft-Wärme-Kopplung an Bedeutung. In Kleinst-BHKW kommt dabei auch die besondere Bauform des Stirling-Freikolbenmotors, verblockt mit einem Lineargenerator, zum Einsatz.
Die Brennstoffzelle
1839 beschrieb der britische Physiker William R. Grove erstmals das elektrochemische Prinzip der Brennstoffzellen als Wasserstoff-Sauerstoff-Kette. Ludwig Mond und C. Lange und insbesondere Wilhelm Oswald führten zwischen 1885 – 1894 systematische Untersuchungen über galvanische Brennelemente durch. Bis Ende der 1930er Jahre beschäftigten sich, hauptsächlich in Deutschland, Wissenschaftler mit Brennstoffzellen. Ende des zweiten Weltkrieges, nach der Vertreibung und Ermordung jüdischer Intellektueller, wurde die Forschung und Fertigung stationärer Prototypen überwiegend in die USA verlagert. Hier brachte 1959 Allis-Chalmers das wahrscheinlich erste Landfahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb auf den Markt, ein Traktor mit General-Electric Zellen.
In den frühen 60er Jahren folgten meist NFZ, verschiedener Hersteller, mit dem Prinzip eines Motors auf Brennstoffzellenbasis. Besonders die Ölkrise der 70er Jahre gab der Entwicklung einen großen Aufschwung. Danach schläft vorerst die Entwicklung weiterer Fahrzeuge ein. Die Vorteile, also keine bis geringe Schadstoffbelastung und ein geringer Geräuschpegel, können die Nachteile, hohe Kosten und Gewicht, nicht übertrumpfen. Nachdem sich die Weltraumforschung die Erkenntnisse bei der Entwicklung von Brennstoffzellen zu Nutze gemacht hat, begannen Anfang der 90er Jahre vereinzelte Hersteller mit der Forschung an Brennstoffzellen für Landfahrzeuge. Erst in den letzten Jahren konnten hier allerdings erste Erfolge verzeichnet werden. Dadurch zählen Autos mit „Wasserstoff-Antrieb“ neben Elektroautos zu den zukunftsweisenden Technologien in der Automobilindustrie.
