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Ansaugen, Verdichten, Explodieren und Auspuffen: Das sind die vier Takte, nach denen sich mittlerweile die ganze Welt dreht.
Nikolaus Otto wurde 1832-1891 in Taunus geboren. Sein Vater starb früh und so war auch wenig Geld in der Familie. Er musste sich tapfer hocharbeiten, um an Geld zu kommen. Lange Zeit später lass Nikolaus in einer Zeitung und sagte: "eine feine Sache diese Gasmaschinen - dort wo man Gas hat!" Gas war aber nur in den großen Städten zu haben. Also konnte man den neuen Gasmotor von Lenoir (1822-1900) in den kleinen Städten und auf dem Land nicht gebrauchen- es sei denn man fand einen anderen Treibstoff. Otto grübelte und meldete schließlich ein Patent auf einen Vergaser an, der den Lenoirmotor mit Spiritusdämpfen statt mit Leuchtgas versorgen sollte. Das Patent wurde abgelehnt, weil die Vergasung von Krafftstoff schon lange bekannt war. Auch Lenoir hatte den Betrieb mit kohlenwasserstoffhaltigen Flüssigkeiten vorgesehen.
Das war ärgerlich, doch konnte es Otto nicht entmutigen. Er interessierte sich jetzt so sehr für den Lenoir-Gasmotor, dass er sich ein kleines Modell bauen ließ, mit dem er in seiner Freizeit unermüdlich experimentierte. Im ersten Teil des Hubes saugte der Motor das Gas-Luftgemisch an. Es wurde dann elektrisch entzündet, und der Explosionsdruck trieb den Kolben nun abwärts. Die elektrische Zündung ließ sich beliebig einstellen und so probierte Otto verschiedene Füllungsgrade aus. Dabei fand er, dass der Kolben mindestens auf einem Viertel seines Weges Gas-Luft-Gemisch ansaugen müsste; zündete er früher, dann reichte der Explosionsdruck nicht aus, den Kolben bis zur Endlage zu drücken. Bei dieser Probiererei saugte der Motor fast während des ganzen ersten Hubes Gas an. Da er nun einen zu geringen Arbeitshub bekommen hätte, drehte er den Kolben so weit zurück wie es die Verdichtung des Gases zuließ. Kurz vor Erreichen des Endpunktes zündete er das verdichtete Gemisch; es knallte, und blitzte Schnell entriss sich das Schwungrad seinen Händen und machte einige schnelle Umdrehungen.
Ja, was war denn das? Otto wiederholte den Versuch mehrmals, und immer war der Explosionsdruck des verdichteten Gas-Luft-Gemisches ganz offenbar bedeutend größer als beim unverdichteten Gemisch. Diese Versuche, diese ersten Untersuchungen eines mit Vorverdichtung des Gas-Luft-Gemisches arbeitenden Motors stellte die eigentliche Geburt des Ottomotors dar, obwohl dieses Prinzip erst fünfzehn Jahre später erfolgreich wurde.
Die Versuche mit seinem kleinen Modell brachten Otto auf den richtigen Weg: Mit dem ersten Hub Gas-Luft-Gemisch ansaugen. Dieses beim Rückwärtslauf, also beim zweiten Hub, verdichten. Zu Beginn des dritten Hubes das verdichtete Gas-Luft-Gemisch zu zünden und damit während dieses ganzen Hubes Kraft erzeugen. Schließlich mit dem vierten Hub die verbrannten Gase ausschieben.
Otto war felsenfest überzeugt, dass Viertaktbetrieb funktionieren müsse, und er baute daher einen größeren Versuchsmotor. Um bei jedem Hub Kraft zu erzeugen, stattete er diesen neuen Motor gleich mit vier Zylindern aus. Das gab einen komplizierte Konstruktion, denn er musste ja die einzelnen Zylinder um einen Hub versetzt steuern. Vor den Arbeitskolben legte er eine Feder und davor einen weiteren Kolben. Dieser Kolben sollte während des Kompressionshubes sich leicht vor den Hauptkolben legen, beim Ausschubhub dagegen entspannte sich die Feder, und der Hilfskolben trieb die Verbrennungsgase aus.
Man muss staunen, dass der bastelnde Kaufmann eine so komplizierte Maschine überhaupt fertig brachte. Allerdings schluckte sie seine ganzen Ersparnisse. Otto war sich über den Erfolg so sicher, dass er sich daraus nichts machte. Er gab sogar seine Stellung auf, um sich der Maschine ganz widmen zu können. Um so mehr war er enttäuscht, als die Maschine zwar lief, aber derart stoßend und hämmernd, dass die Lager und Getriebe dies nur kurze Zeit aushalten konnten.
Die Ursache des harten Laufes sah er in den starken Explosionsstößen, die auf die Kolben wirkten. Mit allen Mitteln versuchte er; diese Stöße zu mildern. Der gegebene Weg war die Verringerung des Gasgehaltes im Gemisch, doch er führte in eine Sackgasse, denn magere Gemische zündeten nicht zuverlässig. Trotz aller Bemühungen gelang es Otto nicht, eine sichere und doch stoßfreie Zündung zu erreichen. Erst 14 Jahre später vermochte er den Widerspruch zwischen starkem zündfähigem Gemisch und stoßfreier Verbrennung zu lösen und den Viertaktmotor zu schaffen.
Statt dessen begab er sich jetzt auf einen Umweg. Die Furcht vor den harten Explosionsstößen veranlasste ihn auf deren Arbeitsleistung ganz zu verzichten. An seinem kleinen Modell hatte er beobachtet, dass der Kolben vor Vollendung seines Hubes zurückschnellte, wenn er das Gasgemisch bei kleinen Füllungen zündete. Offenbar kühlten sich die Verbrennungsgase so schnell ab, dass ein kräftiger Unterdruck entstand, worauf der äußere Luftdruck den Kolben zurückdrückte. Darauf baute Otto seinen atmosphärischen Gasmotor auf.
Der erste Gasmotor entstand aus den Einzelteilen des missglückten Vierzylinders. Es war schwierig, den Explosionsschub der stehenden Maschinen leer laufen zu lassen und nur den Abwärtsgang auf das Triebwerk zu übertragen. Schließlich war auch das geschafft. Der Motor lief; mehr schlecht als recht, aber er lief, und er leistete sogar eine halbe Pferdestärke. Otto erhielt nun in zahlreichen Ländern ein Patent auf diesen Motor, aber verkaufsfähig war er noch nicht. Mehr als ein Jahr verwandte der Erfinder darauf, den Motor zuverlässig zu machen. Hatte der Vierzylindermotor seine Ersparnisse geschluckt, so brachte ihm der atmosphärische Gasmotor dreitausend Taler Schulden ein. Bald wusste er nicht mehr ein noch aus, und es wäre ihm übel ergangen, wenn nicht im Frühjahr 1864 der erfolgreiche und wohlhabende Ingenieur Eugen Langen (1833-1895) zu ihm gestoßen wäre. Sie verbanden sich zu einer lebenslangen Gemeinschaftsarbeit, in der die weltbekannten Deutzer Gasmotorenfabrik aufgebaut wurde.
Drei Jahre harter Arbeit bedurfte es noch, um den Motor einigermaßen betriebssicher zu machen. Dann wagten sie es, ihn auf der Pariser Weltausstellung von 1867 zu zeigen. Dazu gehörte wahrlich viel Mut, denn Paris war damals das Zentrum der Gasmaschinenfertigung. Nicht weniger als vierzehn Gasmotoren zweier verschiedener Systeme stellten die Franzosen aus, und mitleidig lächelten sie über die seltsame deutsche Konkurrenz. Sie sah aus wie eine Säule mit einem Schwungrad daran (siehe Bild), und noch viel seltsamer war ihr Gebaren: Mit gewaltigem Krach schoss die Kolbenstange hoch, glitt klirrend über ein Schaltwerk, verharrte einen Augenblick und verschwand mit einem ängstlichen Pfeifen in der Säule. Jetzt bewegte sich nur noch das Schwungrad, leise und stetig. Unmerklich minderte sich die Drehzahl, erreichte einen unteren Grenzwert; eine Klinke kuppelte einen Exzenter ein, der Kolben wurde angehoben, saugte Gas und Luft an - rumms, krachte die Explosion, und wieder schoss die Kolbenstange hoch. Nichtsahnende Zuschauer prallten erschrocken zurück und hörten dann aus sicherer Entfernung das klagende Pfeifen, wenn die Kolbenstange wieder verschwand.
Alle Besucher schüttelten den Kopf über die unregelmäßig knallende und stöhnende Maschine. Gerade das unregelmäßige Arbeiten war das Erschrecken, trieb die Interessenten alsbald davon. Niemand machte sich Gedanken darüber, ob diese Unregelmäßigkeit sinnvoll sein könnte. Der rasche Aufwärtsflug des Kolbens ermöglichte eine so hohe Verbrennungsgeschwindigkeit, wie sie beim Lenoirmotor niemals erreicht werden konnte. Ottos Motor war diesem Motor gegenüber verbrennungstechnisch ein wesentlicher Fortschritt. Das merkten damals nicht einmal die Fachleute, und es gab daher eine Riesenüberraschung bei der sorgfältig durchgeführten Feststellung des Gasverbrauches: Die missachtete Otto-Maschine verbrauchte kaum halb soviel Gas wie die meisten Konkurrenz-Maschinen; selbst die beste französische Maschine verbrauchte 50% mehr! Das konnte nicht mit rechten Dingen zugehen, und man glaubte allen Ernstes, dass die deutsche Maschine eine zweite, verborgene Gaszuführung habe. Erst nach einer genauen Untersuchung wurde der deutschen Otto-Maschine für die beste Gasmaschine die Goldene Medaille zuerkannt.
Nun war der Bann gebrochen; alle Welt wollte die Wundermaschine haben. Mehr als 5000 Stück wurden innerhalb von 10 Jahren verkauft, wobei die größte Einzelleistung ganze 3 PS betrug. Ja, das war so etwa die Grenzleistung für den atmosphärischen Motor, und darum beschäftigten sich die Fachleute in aller Welt mit dem Problem des direktwirkenden Motors. Einer Maschine, die den Explosionsdruck zur Krafterzeugung nutzen und daher eine größere Einzelleistung ermöglichen konnte. Wieder war es der Kaufmann Otto, der den Technikern den Rang ablief. Er hatte ja schon 1862 den direktwirkenden Viertaktmotor gebaut. Aber es war ihm nicht gelungen, einen betriebssicheren Lauf zu erzielen. Wegen der starken Explosionsstöße ...
Wenigstens dachte das Otto, und er überlegte daher immer wieder, wie man diese Explosionsstöße mildern könnte. Da sah er während eines Spaziergangs, wie aus einem hohen Fabrikschornstein eine dicke schwarze Rauchwolke quoll, die zusehend dünner und lichter wurde, je weiter der Rauch sich von dem Schornstein entfernte. Wie erstarrt blieb er stehen und sah das Bild an, das er so oft gesehen hatte, ohne das es ihm aufgefallen war. Aber jetzt entstand in ihm die Ideenverbindung: Schwarzer Rauch - fettes Gas-Luft-Gemisch; lichter Rauch mageres Gemisch!
Ja, so musste man es machen: an der Zündstelle ein leichtes zündendes fettes Gemisch, das fortlaufend magerer wurde, so dass sich die Explosion nur langsam fortpflanzen konnte, dass sie mehr zu einer Verbrennung wurde. Das musste die gefährlichen Explosionsstöße mildern.
Gewiss, das war die Lösung des Problems!
Eilend baute Otto einen neuen Viertaktmotor, aber unter Berücksichtigung seiner neuen Idee zur Milderung der Explosionsstöße. Und siehe, der neue Viertaktmotor lief; er lief ohne Stöße und beinahe geräuschlos. Wieder hatte sich eine ganz richtige Annahme fruchtbar ausgewirkt. Heute wissen wir, dass beim Ansaugen und der nachfolgenden Verdichtung das Gas-Luft-Gemisch ziemlich gleichmäßig wird. Otto aber glaubte fest an die Theorie der langsame Verbrennung, und so ging dieser Irrtum als erster Patentanspruch in das später so umstrittene Deutsche Reichspatent Nr. 532 ein. Es verschaffte der Gasmotorenfabrik Deutz von Otto & Langen ein Motoren-Monopol. Denn die unbewiesene Behauptung des ersten Patentanspruchs erfasste auch das inzwischen bereits von Otto selbst erprobte Zweitakt-Verfahren. Nichtsdestoweniger glaubten einige Fabrikanten, z.b. Karl Benz, mit Motoren, die zwar wie der Ottomotor das Gemisch vor der Entzündung verdichteten, aber im Zweitakt arbeiteten, die Otto-Patente umgehen zu können. Es kam daher zu zahlreichen Patentprozessen, die schließlich zu Ungunsten von Deutz ausfielen, weil die von Otto behaupteten Vorgänge im Zylinder sich nicht beweisen ließen. Die Viertakt-Arbeitsfolge war, wie jetzt bekannt wurde, von dem französischen Ingenieur Beau de Rochas 1862 beschrieben worden. Er hatte jedoch die undurchführbare Selbstzündung des Gemisches vorgesehen und niemals einen Motor gebaut. Seine Schrift war völlig vergessen worden. Daraufhin entschied das Reichsgericht am 30. Januar 1886 gegen Deutz und gab damit die Wirkungsweise des Ottomotors zur allgemeinen Nutzung frei. Das Urteil war ein harter Schlag für Otto und die Gasmotorenfabrik Deutz, doch für die Motorentechnik bedeutete es einen großen Aufschwung. Es trug dazu bei, dass sich der Ottomotor in kurzer Zeit die Welt eroberte, denn eine Menge Fabriken stürzten sich jetzt auf seine Fertigung. Nikolaus August Otto starb am 26. Januar 1891 in Köln.
Vor allem waren es die Autopioniere, an ihrer Spitze Karl Benz (1844-1929), Gottlieb Daimler (1834-1900) und Wilhelm Maybach (1846-1929), die durch den leichten, schnelllaufenden Benzinmotor die Grundlage zu einer völligen Umgestaltung des Verkehrs schufen. Jahrtausendelang hatten sich die Menschen als höchste Fortbewegungsgeschwindigkeit mit der des Pferdes begnügt. 1885 lief das erste Automobil auch nicht schneller, aber um die Jahrhundertwende fanden die Menschen, dass hundert Kilometer pro Stunde zu wenig seien. Ein Rausch der Geschwindigkeit erfasste sie. Das Auto wurde zunächst nicht so sehr Gebrauchs- als Rennwagen; Die Weltrekorde purzelten nur so. 1949 erreichte der Engländer Cobb als absoluten Geschwindigkeitsrekord auf dem Lande 634,4 km/h. Inzwischen war mit Hilfe des Ottomotors der uralte Traum der Menschheit, das Fliegen, verwirklicht worden, Die Schallmauer wurde schon seit langem durchbrochen.
Ja, das ist Tempo! Man weiß nur nicht, ob man mehr staunen muss über die riesigen Geschwindigkeiten oder über die Schnelligkeit, mit der wir sie erreicht haben.
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