Über Doppelkolben-Motoren

Der Doppelkolbenmotor

Der Doppelkölbler hat in den letzten 25 Jahren in Österreich eine derartige Verbreitung gefunden, dass man sich das Verkehrsbild ohne die vielen Doppelkolbenmaschinen einfach nicht mehr vorstellen kann. Neben manchem Veteranen aus der „Pionierzeit" des Doppelkolbenzweitakters (Puch 220 und 175) sind es aber vor allem moderne und modernere Konstruktionen, die daran großen Anteil haben. Wir denken hier nicht nur an die „schwarze" TT, an die „rote" TS und SL, an die TF und TFS usw. der weit über die Landesgrenzen bekannten Grazer Firma Puch, sondern auch an die ausgezeichneten, hier weniger bekannten Doppelkolben — Drehschieber — TWN BD 250, die auch hie und da zu sehen ist und mit ihren 12 PS bei 3850 U/min seinerzeit nicht nur ohv-Viertakter weit in den Schatten gestellt hat, sondern auch heute noch zum Besten gehört, was je verdient, Motorrad genannt zu werden.

Etwas Historisches

Dass die Erzeugung von Puch-Motorrädern in der Krisenzeit der ersten Zwanzigerjahre nicht eingestellt wurde, ist einem Geistesblitz Direktor Marcellinos zu verdanken, dessen Namen mit dem Doppelkolbenmotor ebenso untrennbar verbunden ist wie der Name Garelli. Der Italiener Garelli verwendete nämlich damals eine 350er Doppelkolbenmotorkonstruktion mit zwei vollkommen gleichzeitig auf und ab arbeitenden Kolben (gemeinsamer Kolbenbolzen!), mit dem es ihm gelang, den seinerzeit noch übergroßen „Durst" des Zweitakters radikal zu reduzieren. Die beiden Zylinder waren durch eine Zwischenwand getrennt und durch einen gemeinsamen Verbrennungsraum verbunden, so dass das in den einen Zylinder eingeblasene Frischgas erst in diesem hochströmen musste und nach einer Wendung um 180° (im Verbrennungsraum) in den anderen Zylinder, der mit dem Auspuff verbunden war, gelangen konnte. Bevor wesentliche Frischgasmengen durch Auslass-Schlitz und Auspuffleitung ins Freie entweichen konnten, wurde der Schlitz von dem einen der hochgehenden Kolben schon wieder abgesperrt. Dadurch wurden die Frischgasverluste, die bei Einkolbenzweitaktern leider auch heute noch in unangenehm fühlbarem Maß auftreten, wesentlich reduziert, und die Leistung konnte erhöht werden. Dieser Umstand war vor allem der Gleichstromspülung des Motors zu verdanken. Direktor Marcellino tüftelte an dem Garelli-Motor so lange herum, bis ihm jene Idee einfiel, deren Verwirklichung nicht nur die weitere, wesentlich billigere Fabrikation von Motorrädern in den Puch-Werken ermöglichte, sondern den Puch-Motoren auch jenes Plus an Leistung und jenes Minus an Verbrauch gab, das ihnen ermöglichte, ihre Konkurrenten immer wieder hinter sich zu lassen. Aus der entscheidenden Skizze von Direktor Marcellino entstand zwischen 1921 und 1923 allmählich die LM 122, das erste Puch-Modell mit Gabelpleuel, Kolbenrelativbewegung und Gleichstromspülung, dessen Verkaufserfolg dem Gedanken an eine Auflösung der Puch-Motorradwerke endgültig den Garaus machte. Gleichstromspülung, Gabelpleuel und Kolbenrelativbewegung? Warum, weshalb, wozu und wieso?

Leistungsverlust ...

Wir haben in den Abb. l, 2, 3 und 4 einige Zweitakterbauarten dargestellt. Sie sind nicht die einzigen, aber zur Beantwortung der gestellten Fragen reicht ihre Gegenüberstellung ohne weiteres aus. Die erste Skizze zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Nasenkolbenzweitakters mit Querströmspülung (eine Art Gleichstromspülung, Ab- und Frischgase durchströmen den Zylinder in einer Richtung). Beim Niedergang des Kolbens wird das Gemisch vordichtet, welches ins Kurbelgehäuse gesaugt wurde (durch den Einlass-Schlitz) und gelangt durch den Spülkanal und -schlitz in den Zylinder, nachdem der Kolben mit seiner oberen Kante zuerst den Auslass-Schlitz freigegeben hatte, so dass verbranntes Gas durch Auspuffschlitz und -leitung aus dem Zylinder entweichen konnte. Beim Einströmen trifft das Frischgas auf den Kolbenhöcker (-nase) auf, der den Gasstrom in den Zylinder hochführen soll. Das „Aufrichten" des Gasstromes geschieht leider nicht 100%ig, wodurch Frischgas auf dem „Kurzschlusswege" schnurstracks in den Auspuff entfleucht. Der Auslass wird früher geöffnet als der Einlass, damit das verbrannte Gas bereits etwas entspannt ist, bevor der Überstromkanal öffnet.

Dadurch bleibt aber, wenn der Kolben wieder hochgeht, auch der Auslass länger offen, somit ist eine zusätzlich Möglichkeit für das Frischgas gegeben, durch den Auslass zu desertieren. Das ist aber noch nicht alles. Dem Frischgas gelingt es nie, den Zylinder vollkommen „auszuspülen", das heißt, das Verbleiben von Abgasresten im Zylinder zu verhindern. Leider! Sowohl der Frischgasverlust als auch der Abgasrest im Zylinder mindern die nutzbare Zylinderladung und damit die Leistung.
Überdies wird aber auch der Verbrauch an Brennstoff erhöht.

Schnürle Umkehrspülung

Die Grundprobleme des Zweitakters sind also: l. Möglichst gute Entleerung des Zylinders von Altgas und 2. Verhinderung von Frischgasverlusten. Diese Probleme können mit einer anderen Spülungsart besser gelöst werden, der bekannten Schnürle-Umkehrspülung. Die Spülschlitze sind zwischen oder neben den Auslass-Schlitzen angeordnet und leiten das Frischgas schräg nach hinten über den Kolben zur hinteren Zylinderwand, entlang welcher es hochströmt. Im Zylinderkopf „kehrt es um" und gelangt hernach zum Auslass-Schlitz, in dem es Altgas vor sich „herschiebt". Dadurch spült es den Zylinder besser aus und hat weniger Gelegenheit, durch den Auslass zu entweichen. Die Umkehrspülung ist übrigens die beste Spülform für Einkolbenzweitakter! Sie verursacht geringe Frischgasverluste und ermöglicht eine hohe Leistung.

Gleichstromspülung

Noch günstigere Ergebnisse aber zeitigt die Gleichstromspülung. Die zweite Abbildung zeigt, wie sie wirtschaftlich verwirklicht werden kann: im Gegenkolbenmotor. Zwei Kolben gleiten in einem Zylinder auf und ab. Jeder betätigt über je ein Pleuel eine der Kurbelwellen, die z. B. über Zahnräder gekoppelt sind. Hier ist es möglich, den „Auspuffkolben" (steuert den Auslass) „voreilen" zu lassen, so dass er den Auslass öffnet, bevor der Spülkanal aufgemacht wird! Erst wenn der Auslass wieder beinahe oder ganz geschlossen ist, öffnet der untere Kolben die Spülschlitze und das Frischgas kann einströmen, ohne dass wesentliche Mengen davon durch den Auslass entweichen, bevor sie ihre Pflicht erfüllt haben! Nun, so ein Gegenkolbenmotor ist eine schöne Sache, hat aber oft eine eigene „Spülpumpe" (keine Kurbelgehäuseansaugung). Er ist zwar verhältnismäßig leistungsstark und sparsam im Verbrauch, jedoch auch relativ teuer (zwei Kurbeltriebe!), weswegen er für Motorräder normalerweise nicht verwendet wird. Im Flugmotorenbau hat er sich allerdings gut eingeführt (Junkers Flugdiesel „Jumo-204" bis „207").

Puch Doppelkolbenmotor mit Gabelpleuel

Derselbe bzw. weitgehend derselbe Effekt wie beim Gegenkolbenmotor ist beim Puch-Doppelkolbenmotor nach Abb. 2 (rechts) und Abb. 3 zu erreichen! Das Gabelpleuel bewirkt, dass der Auspuffkolben dem Spülkolben (steuert den Überströmschlitz) voreilt und den Auspuffschlitz zu schließen beginnt, wenn der Spülkanal öffnet. Wenn nun letzterer ganz offen ist, ist der Auslass schon wieder fast oder ganz geschlossen (je nach Voreilung), das Altgas weitestgehend aus dem Zylinder entfernt und die Gefahr des Frischgasverlustes beinahe vollständig ausgeschaltet. Das in den Zylinder eingeblasene Gas bleibt somit nahezu vollständig drinnen; Leistung und Verbrauch sind dementsprechend gut. Durch die Voreilung des Auspuffkolbens bzw. durch die Nacheilung des Spülkolbens entsteht die sogenannte Kolbenrelativbewegung. Um diese zu ermöglichen, muss bei Anwendung eines Gabelpleuels das eine Pleuelauge schlitzartig anstatt kreisrund sein, damit es sich quer zum Kolben bewegen kann. Selbstverständlich stockt in diesem Pleuelauge ein „Flächenkolbenbolzen". Diese Konstruktion ist bei hoher Drehzahl und Leistung nicht sehr günstig, weswegen man neuerdings für beide Kolben getrennte Pleuel vorsieht. Darüber und über andere Geheimnisse des Doppelkölblers wollen wir uns später unterhalten. Dass das Gabelpleuel aber auch bei größerer Drehzahl keineswegs versagt, zeigen die vielen, prächtig laufenden Renn-„S4".

Hohe Leistung und niederer Verbrauch

Es wäre selbstverständlich absurd, die Vorteile des Doppelkolbenzweitakters nur theoretisch beweisen zu wollen. Betrachten wir einmal zwei konstruktiv etwa gleich alte Zweitakter: DKW SB 250 mit Umkehrspülung und Puch S 4 mit Gleichstromspülung. Höchstleistung 9 PS bei 4200 U/min gegenüber 10,5 PS bei 4100 U/min (max. Drehmoment 1,9 mkg bei 3000 U/miu gegenüber 2,0 mkg bei 3000 U/min)! Aber auch beim Vergleich mit Viertaktern schneidet die S 4 keineswegs schlecht ab. Der ohv-Viertakter BMW R 23, ebenfalls ein 250er, leistet 10 PS bei 5200 U/min! Genug mit den Leistungsvergleichen. Gehen wir zum Treibstoffverbrauch über. Während die hohe Leistung des Doppelkolbenzweitakters nicht jedermann unbedingt notwendig erscheinen wird, hat jeder sicher seine Freude am geringen Verbrauch! Es ist unter Technikern üblich, den Treibstoffverbrauch eines Motors in Gramm pro Pferdestärke und Stunde (g/PS/h) anzugeben. Wir wollen uns auch dieser Gewohnheit bedienen. Ing. Resehek maß als Vergleich den Verbrauch der DKW SB 250 am Prüfstand mit 397 g/PS/h bei 3000 U/min (7,5 PS), während jener der geprüften S 4 bei 3000 U/min (8,5 PS) nur 365 g/PS/h betrug. (Heute brauchen beide noch etwas weniger!) Man sieht also, dass die Sparsamkeit des Doppelkölblers eine reale Tatsache ist.

Die innere Verwandtschaft der ersten drei Puch-Typen „LM 122", „LM 2 — 350 Monza", „175" und „220" ist schon rein literleistungsmäßig feststellbar. 13, 15, 17 und 18 PS/Liter. 1929, am Ende der ersten Entwicklungsperiode, gelang es, die Leistung der Puch „T 250" auf 7,5 PS zu bringen, womit 30 PS/Liter erreicht waren. Die 500er Puchs brachten bezüglich Hubraumleistung (28 PS/Liter) sichtlich keinen Fortschritt (der sicher auch nicht beabsichtigt war). 1934 gelang der große Wurf: Die „S 4" mit 10,5 PS, also 42 PS serienmäßiger Literleistung, wurde greifbare Wirklichkeit. Bei der Konstruktion der Puch-Typen „200" (1937, 30PS/Liter), „GS350" (1938, 40PS/Liter) und „125" (1949, 41 PS/Liter) waren die Grazer offenbar nicht auf Literleistungsjagd ausgegangen, sondern sie trachteten, ruhige, robuste und verlässliche Tourenmaschinen zu schaffen; was ihnen auch gelungen ist. 1939 trat die Triumph BD 250 auf den Plan, mit Einlassdrehschieber, zwei Pleueln und 48 PS/Liter! Man staunte damals sehr über diesen Erfolg! Während des Kriegs lag die Entwicklung mehr oder minder still. Wohl wurde relativ früh an der Entwicklung der „TF" herumgezwiebelt. Wirklich Bemerkenswertes ereignete sich offiziell erst 1948, als die Zweivergaser-Puch „S 125" erschien, die gleich einen grandiosen Six-Days-Erfolg einheimste, ehe sie noch recht geboren war. 1950 zeigte Direktor Reitz von den TWN wieder einmal, dass seine Gehirnwindungen nicht ruhten und servierte uns eine Achtellitermaschine ohne Kolbenvoreilung, die 55 PS/Liter aufweist, und erst voriges Jahr führte Weingartmann auf der Rennbahn von Monthlery eine „gekitzelte TFS" zu mehreren internationalen Langstrecken-Rekorderfolgen. Diese Maschine hatte sicher nicht viel weniger als 75PS Literleistung! Es bleibt uns nur zu sagen: Hut ab vor dem Doppelkölbler!

Motorräder

"Motorrad
Internationale Fachzeitschrift",
1952, Heft 21.

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