Stationär Motoren Club Schweiz

Der Otto-Viertaktmotor als Beginn der modernen Verbrennungsmotorentechnik

Wenn man alle auf die Entwicklung eines Verbrennungsmotors gerichteten, recht vielfältigen Bemühungen betrachtet, so kann man gewissermassen von einem geistigen Kraftfeld sprechen, in dem alte Ideen wirksam sind und neu hinzugekommene umgeformt, kombiniert und durch Fortschritte auf anderen Teilgebieten ergänzt werden. So kommt dann eine erfolgreiche Lösung zustande, die vorher einfach deshalb nicht möglich war, weil eben nicht alle Vorbedingungen erfüllt waren. Der eigentliche Erfolg tritt immer erst dann ein, wenn auf einer richtungweisenden Lösung aufbauend zielbewusst und lückenlos weitergearbeit werden kann. Lenoir war nahe daran, doch waren eben noch nicht alle Vorbedingungen erfüllt, so dass seine Arbeit eine wenn auch sehr bedeutsame Episode blieb.

Die zweite Pariser Weltausstellung im Jahr 1867 war eine glanzvolle Bekundung des Gewerbefleisses und der erfinderischen Leistungen. Als erstaunlich wurden die Leistungen der Dampfmaschinentechnik, der Gastechnik und der Elektrotechnik empfunden; 14 verschiedene Gasmotoren, denen die Systeme Lenoir, Hugon und Otto zugrunde lagen, repräsentierten die Motorentechnik. Ein Lenoir-Motor und ein Gasmotor von Hugon, ähnlich dein Lenoir-Motor, jedoch mit Flammenündung, erhielten eine silberne Medaille, während ein atmosphärischer Gasmotor der Gasmotoren-Fabrik Deutz wegen seiner hohen Wirtschaftlichkeit mit der goldenen Medaille ausgezeichnet wurde. Der Gasverbrauch der im Wettbewerb stehenden Motoren von Lenoir, Hugon und Otto verhielt sich wie 10 : 6 : 4.
Damit erscheint zum ersten Mal in der Öffentlichkeit der Name Nikolaus August Otto, der gemeinsam mit Eugen Langen die moderne Verbrennungsmotorentechnik eingeleitet hat. Unter dem Eindruck der Erfolge des Lenoir-Motors und der noch grösseren Propaganda hatte sich Otto 1860 der Aufgabe zugewandt, für den Kleinbetrieb, für den eine Dampfmaschine nicht lohnend war, eine handliche und billig arbeitende kleine Kraftmaschine zu schaffen. Durch eine solche sollte der Kleinbetrieb, der sich durch den Grossbetrieb benachteiligt fühlte, leistungsfähiger werden. Otto war damals ein 28jähriger Handlungsreisender; er enteinem bäuerlichen Geschlecht, das in Holzhausen, einem Dorf auf den Höhen des Taunus, ansässig war. Langen stammte aus Köln und war ebenso alt wie Otto. Als Ingenieur mit einer gründlichen wissenschaftlichen Bildung hatte er sich schon damals durch eine Erfindung auf dem Gebiet der Kesselfeuerung einen Namen gemacht und war auch Teilhaber der väterlichen Zuckerfabrik geworden, die er modernisierte. Den intuitiven Gestaltungsdrang Ottos ergänzte der kongeniale Eugen Langen in vortrefflicher Weise.

Nach der Gründung der Gasmotoren-Fabrik Deutz traten Gottlieb Daimler und Wilhelm Maybach in die Firma ein, Daimler als technischer Leiter und Maybach als Chef des Konstruktionsbüros. Beide waren von 1872 bis 1882 in Deutz tätig. Unter ihrer Mitwirkung nahm die Fabrikation des prinzipiell unveränderten atmosphärischen Motors einen grossen Aufschwung.
Zum Schöpfer der modernen Verbrennungsmotorentechnik wurde Otto durch den Viertaktmotor, den er 1876 verwirklichte (DRP 532). Hiermit erreichte er das Ziel, das er 1861 nicht hatte verwirklichen können. Dieses denkwürdige Deutsche Reichspatent 532 ist das grundlegende und gleichzeitig umstrittenste Patent in der Geschichte des Gasmotors. Ottos Patentansprüche gingen vornehmlich dahin, dass „in einem geschlossenen Raum brennbare, mit Luft geGase vor ihrer Verbrennung mit einer anderen Luftart in solcher Weise zusammengebracht werden, dass die an einer Stelle eingeleitete Verbrennung von Gas- zu Gaskörperchen verlangsamend sich fortpflanzt, die Verbrennungsprodukte sowohl als die umhüllende Luftart durch die erzeugte Wärme sich ausdehnen und so durch Expansion Betriebskraft abgeben." Mit der, später umstrittenen, sogenannten schichtweisen Verbrennung sollte eine ruhige Verbrennung gesichert und die schädlichen Explosionsstösse, wie sie 1862 bei Ottos versuchsmässigen Viertaktmotoren aufgetreten waren und auch beim atmosphärischen Motor als störend empfunden wurden, vermieden werden. Als wesentlicher Punkt enthielt das Patent jedoch den Anspruch des Viertaktes, dass bei zwei Umdrehungen der Kurbelwelle auf der einen Seite des Kolbens folgende Wirkungen vor sich gehen: „Ansaugen der Gasluftarten in den Zylinder; Kompression derselben; Verbrennung und Arbeiten derselben; Austritt derselben aus dem Zylinder."
1878 wurde auf der Pariser Weltausstellung auch der Ottosche erste Viertaktmotor in mehreren Ausführungen der Öffentlichkeit vorgeführt, wie ein Jahrfrüher der atmosphärische Gasmotor Ottos. Die Zunahme der Aktivität auf dem Gebiete der Motorentechnik ist schon daran zu erkennen, dass nun schon von 32 verschiedenen Fabriken 75 Gasmaschinen ausgestellt wurden. Die Flammenzündung war dabei die vorherrschende Zündungsart.

Der Viertaktmotor Ottos hatte eine wahrhaft kunstreiche Einrichtung für die Zündung des jetzt verdichteten Gemisches durch eine Flamme von aussen, die gegenüber der Zündung des bisher unverdichteten Gemisches wesentlich grössere Schwierigkeiten bot. Ohne ihre sinnvolle konstruktive Gestaltung wäre der Viertaktmotor überhaupt nicht lebensfähig gewesen. Es handelte sich um den im Grundsätzlichen bereits am atmosphärischen Motor verwendeten Steuerschieder den besonderen Verhältnissen des Viertaktmotors angepasst wurde. Infolge der Verdichtung im Verbrennungsraum musste die Zündflamme durch eine mit verschiedenen korrespondierenden Hohlräumen ausgestattete Schieberin den Verbrennungsraum geschleust werden. Die Aufgabe war dadurch erschwert, dass der gleiche Schieber, der die Zündung betätigte, auch den Ladungsvorgang steuerte. Trotz der wahrhaft kunstreichen Ausbildung dieser Schieberanordnung waren Nachteile nicht zu verkennen, die um so mehr in Erscheinung traten, je mehr die Verdichtung gesteigert oder höhere Drehzahlen angestrebt wurden. Schon sehr bald hat man sich in Deutz Gedanken gemacht, die Zündung dieser Maschine zu verbessern.

Niklaus August Otto
Nicolaus August Otto (10. Juni 1832 in Holzhausen an der Haide/Taunus; † 26. Januar 1891 in Köln) war ein Autodidakt und der Erfinder des nach ihm benannten Ottomotors. Er absolvierte nie ein Hochschulstudium, erhielt aber später die Ehrendoktorwürde.

Otto war Sohn eines Bauern, sein Vater hatte auch die Posthalterei des Ortes. Er durchlief eine Lehre als Kaufmann und verdiente seinen Lebensunterhalt nach seiner Lehrzeit als Handlungsgehilfe in den Städten Frankfurt am Main und in Köln.
Bereits 1862 begann er erste Experimente mit Viertaktmotoren, welche aber erst ab 1876 zum Einsatz kamen. 1863 baute er seine erste Gaskraftmaschine. 1864 gründete er zusammen mit dem Ingenieur zunächst die erste Motorenfabrik der Welt, „N.A.Otto Cie“, dann 1869 die „Gasmotorenfabrik Deutz“, die heutige . Gemeinsam erfanden sie später (Patent von 1876) einen nach dem Viertaktprinzip funktionierenden Gasverbrennungsmotor. Dabei benutzen sie als Grundlage ihrer Erfindung den von Lenoir erstmals entwickelten Gasmotor.
Auf der Pariser Weltausstellung im Jahre 1867 präsentierten sie ihre Version eines Gasmotors zum ersten Mal der Öffentlichkeit. Dabei handelte es sich um einen Flugkolbenmotor, wobei der Kolben über eine Zahnstange und nicht über einen Kurbeltrieb seine Energie weiter gab. Diese neue Motorenentwicklung hatte ein Drittel des Kraftstoffverbrauchs der bis dahin bekannten Motoren. Sie wurde mit einer Goldmedaille ausgezeichnet. Bis zur Markteinführung des Otto-Viertaktmotors im Jahr 1876 wurden von Otto-Langen-Motoren in Deutz und deren Lizenznehmern beinahe 5000 Flugkolbenmotoren gebaut.

Im Jahre 1876 gelang es Otto, einen Viertaktgasmotor mit verdichteter Ladung zu entwickeln. Dieser Motorentyp ist die Grundlage für den Bau von Verbrennungsmotoren bis zum heutigen Tag (deshalb auch immer noch der Name Ottomotor für alle Benzinmotoren mit Fremdzündung und Hubkolbenantrieb).
1884 erfand er die elektrische Zündung für seine Gasmotoren. Durch diese Neuerung wurde es möglich, auch flüssige Brennstoffe alternativ zum bisher ausschliesslich verwendeten Gas zu benutzen.
1882 wurde ihm von der Philosophischen Fakultät der Universität Würzburg die Ehrendoktorwürde verliehen.
Otto war mit Anna Gossi verheiratet, mit der er sieben Kinder hatte. Sein Sohn Gustav Otto wurde Flugzeugbauer.

Eugen Langen
Carl Eugen Langen (* 9. Oktober 1833 in Köln; † 2. Oktober 1895 bei Elsdorf (Rheinland)) war ein deutscher Unternehmer, Ingenieur und Erfinder. Langen war massgeblich beteiligt an der Entwicklung des Ottomotrs und der Schwebebahn, die in der Gestalt der Wuppertaler Schwebebahn erstmals realsiert wurde.

Eugen Langen ist der bedeutendste Sohn des Zuckerfabrikanten Johann Jakob Langen. J. J. Langen hatte sich 1845 mit der Übernahme der Zuckerfabrik Schleußner & Heck selbstständig gemacht. Er führte die Firma mit seinen Söhnen Carl Otto, Gustav und Emil als „J. J. Langen & Söhne“. 1858 trat Eugen Langen nach einer umfangreichen technischen Ausbildung für seinen Bruder Emil in die Firma ein.
1864 wurde Eugen Langen auf Nikolaus August Otto aufmerksam, der in seiner Freizeit an der Verbesserung des von dem Franzosen erfundenen atmosphärischen Gasmotor arbeitete. Der technisch ausgebildete Eugen Langen erkannte das Potenzial von Ottos Entwicklung und gründete bereits einen Monat nach dem Treffen die erste Motorenfabrik der Welt, „N. A. Otto & Cie.“. Auf der Pariser Weltausstellung von 1867 erhielt ihr verbesserter Gasmotor die Goldmedaille.
Nachdem diese erste Fabrik in Konkurs ging, gründete Langen in Deutz mit Fremdkapital eine neue Firma für den Bau von Gasmotoren, die Gasmotorenfabrik Deutz, die später zum Konzern Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD) kam, der heutigen Deutz AG. Ottos Schulden von 18.000 Talern übernahm Eugen Langen. Um die Produktion zu sichern, verpflichtete Langen die Mechaniker Gottlieb Daimler und . Jetzt konnte Otto seine alte Idee eines Viertaktmotors zur Produktionsreife führen.
1870 gründete Langen mit Freunden die Firma Pfeifer & Langen, eine bis heute bestehende Zuckerfabrik. Mit seinen technischen Kenntnissen erfand er neue Produktionsmethoden und setzte seinerzeit modernste Produktionsmethoden ein.

Wuppertaler Schwebebahn
Auch auf dem Bereich des Schienenfahrzeugbaus war Langen erfolgreich: Er war Mitbesitzer und Ingenieur der Kölner Waggonfabrik van der Zypen & Charlier. In dieser Eigenschaft setzte sich Langen am 28. Dezember 1894 mit seinem Schwebebahnprojekt gegen Mitbewerber durch und wurde dadurch zum Vater der Wuppertaler Schwebebahn. Die technisch eigentlich nicht korrekte Bezeichnung „Schwebebahn“ stammt von Langen selbst: „Ein System der hängenden Wagen. Ich habe das Ding ‚Schwebebahn‘ getauft.“ (vgl. Artikel Hängebahn und Schwebebahn)
Fast zeitgleich war er für den Bau der Schwebebahn Dresden verantwortlich. Es handelt sich im Gegensatz zur 13,3 km langen Wuppertaler Talstrecke in Dresden um eine Berg-Seilschwebebahn, die 274 m lang ist. Sie fährt ebenfalls heute noch. Eugen Langen starb am 2. Oktober 1895 auf seinem Landsitz Haus Etzweiler bei Elsdorf an den Folgen einer Fischvergiftung, die er sich bei der Einweihungsfeier des Nord-Ostsee-Kanals zugezogen hatte. Seine letzte Ruhestätte befindet sich in einem Familiengrab auf dem Kölner Melaten-Friedhof.