Eine kurze Geschichte des Verbrennungsmotors

18. April 2019

Zu Fuß, zu Pferd oder in der Kutsche – seit der Erfindung des Rads haben sich die Möglichkeiten der Menschheit, über Land zu reisen, 4.000 Jahre lang kaum entwickelt. Das ändert sich erst mit den Tüftlern und Erfindern im aus­gehenden 19. Jahr­hundert. Wo die Eisen­bahn den Transport von Menschen und Waren im großen Stil erlaubt, krempelt der Verbrennungs­motor den Individual­verkehr grund­legend um. Wie er erfunden wurde, wie er seinen Weg ins Auto fand und wie man den Risiken der rasanten Mobilitäts­innovation begegnete, erzählt unsere kurze Geschichte des Verbrennungs­motors.

An einem Tag im August 1888 staunen die Einwohner von Wiesloch, Bruchsal und Durlach nicht schlecht: Über die Straßen ihrer Städte rollt ein Gefährt mit drei Rädern, das an eine Kreuzung aus Kutsche und Fahrrad erinnert. Pferde sind aller­dings weit und breit nicht zu sehen. Und die drei Fahr­gäste, eine Frau und zwei Jugendliche, treten auch nicht in die Pedale. Das Vehikel fährt offen­bar aus eigener Kraft – gesteuert über eine Kurbel, die die Frau in der Hand hält. Die Frau heißt Bertha Benz, die Teenager sind ihre Söhne Richard und Eugen, und das Fahrzeug ist der Benz Patent-Motor­wagen Nummer 3.

Carl Benz, Berthas Ehemann, hat die erste Version des Fahr­zeugs bereits 1886 patentieren lassen und im Juli desselben Jahres bei einer öffentlichen Probe­fahrt in Mannheim vor­geführt. „Es ist nicht zu bezweifeln, dass sich dieses Motoren-Velociped bald zahlreiche Freunde erwerben wird“, zeigt sich die Neue Badische Landes­zeitung am 4. Juni 1886 euphorisch. Doch tatsächlich kann sich zunächst kaum ein Käufer für den „Benzin­wagen“ erwärmen, und der wirtschaftliche Erfolg bleibt aus. Um ihrem Mann Mut zu machen und die Zeit­genossen von der Alltags­tauglich­keit des Gefährts zu über­zeugen, beschließt Bertha Benz, eine ausführliche Probe­fahrt zu machen – aller­dings ohne ihren zögerlichen Gatten vorab zu informieren. In aller Frühe begibt sie sich mit ihren Söhnen auf die 104 Kilometer lange Strecke von Mannheim in ihre Geburts­stadt Pforzheim, die sie nach 12 Stunden und 57 Minuten wohl­behalten erreicht.

Ihre Tour gilt als erste Fernfahrt der Auto­mobil­geschichte, an die heute die „Bertha Benz Memorial Route“ erinnert. Wie groß deren Werbe­wirkung damals ausfiel, darüber wird unter Forschern noch diskutiert. Fest steht: Danach geht es mit dem Benz Patent-Motor­wagen wirtschaftlich langsam, aber sicher berg­auf. Bis 1893 werden 69 Fahr­zeuge verkauft, über­wiegend in die USA, nach England und vor allem nach Frankreich, wo die ersten Auto-Enthusiasten dank guter Straßen nicht ganz so sehr durchgerüttelt werden. Zur Jahr­hundert­wende hat Benz & Cie. bereits 1.709 Exemplare des Motor­wagens ausgeliefert. Die Zahl der Firmen­mit­arbeiter ist auf über 430 gestiegen und hat sich somit verzehnfacht.

Carl Benz ist der Erste, der ein funktions­tüchtiges Auto­mobil mit Verbrennungs­motor auf den Markt bringt. Doch die Entwicklung des Kraft­wagens liegt im aus­gehenden 19. Jahr­hundert quasi in der Luft. Zahl­reiche Ingenieure, Tüftler und Erfinder experimentieren mit Motor­technologien und bauen erste Dampf­wagen, Elektro­autos, aber auch Fahr­zeuge mit Verbrennungs­motor. Bereits 1863 fährt der belgische Erfinder Étienne Lenoir in seinem „Hippo­mobile“ neun Kilo­meter von Paris nach Joinville-le-Pont und zurück. Angetrieben wird es von Lenoirs Gasmotor und einem Treib­stoff auf Terpentin­basis – und ist damit das erste Fahr­zeug mit interner Verbrennung. Anders als bei der Dampf­maschine wird der Brenn­stoff also nicht außer­halb verbrannt und die dadurch entstehende Wärme in den Zylinder geleitet. Die Bewegungs­energie entsteht viel­mehr durch explosions­artige Verbrennung im Inneren des Motors.

Über das Versuchsstadium kommt das Hippo­mobile jedoch nie hinaus: Sein Gewicht ist zu hoch, und sein Zwei­takt­motor erreicht gerade mal 100 Umdrehungen pro Minute. Damit liegt die Durch­schnitts­geschwindig­keit bei rund sechs Stunden­kilo­metern. Ein Tempo, mit dem selbst ein zackiger Wanderer beinahe mithalten kann. Benz’ Patent-Motor­wagen bringt es mit seinem Vier­takt­motor immer­hin schon auf 400 Umdrehungen pro Minute und auf eine Höchst­geschwindig­keit von 16 km/h. Stützen konnte Benz sich bei dessen Entwicklung auf die Vorarbeit von Nicolaus August Otto – der seiner­seits auf dem Gas­motor von Lenoir aufbaute.

Lenoirs 1859 patentierter Gasmotor gilt seiner­zeit als veritable Sensation und als erste Alternative zur großen und schweren Dampf­maschine. Denn im Unter­schied zu ihr muss er nicht mehr lange vor­geheizt werden, bevor er seine Arbeit auf­nehmen kann. Versorgt mit Stadt­gas aus der Leitung, treibt der leise Motor zum Beispiel Druck­maschinen oder Web­stühle an. Aller­dings benötigt er aufgrund seiner Konstruktions­weise eine sehr leistungs­fähige Wasser­kühlung und vor allem enorm viel Gas. Sein Wirkungs­grad liegt zwischen drei bis vier Prozent – er kann also nur einen sehr geringen Teil der im Treib­stoff enthaltenen Energie in mechanische Bewegungs­energie umsetzen.

Nicolaus August Otto, Handlungsreisender und technischer Autodidakt, erfasst das Potenzial und die Grenzen dieser Maschine und macht sich daran, sie weiter­zu­entwickeln. 1861 lässt er einen Lenoir-Motor nachbauen und erkennt, dass er sich mit Spiritus besser betreiben lässt. Im selben Jahr reicht er mit seinem Bruder Wilhelm eine Patentschrift für einen Spiritus­verdampfer ein. Sie begründen den Antrag mit der Unabhängigkeit von Verbrennungs­motoren vom Gas­netz und der Möglichkeit der Fort­bewegung von Gefährten auf Land­straßen. Im folgenden Jahr beginnt er mit dem Vier­takt­motor zu experimentieren, ein Prinzip, das der französische Techniker Alphonse Beau de Rochas im selben Jahr unabhängig von Otto theoretisch beschreibt und patentieren lässt. Ottos Idee besteht darin, das Gemisch aus Luft und Gas maximal zu verdichten. So kann man den Gasanteil reduzieren und damit den Verbrauch senken. Allerdings muss sich dabei der Kolben zweimal auf und ab bewegen, um einmal Arbeit zu verrichten.

In der Praxis bereitet Otto die kontrollierte Verbrennung jedoch noch Probleme, die Motoren werden bei den Versuchen zerstört. Zwölf Jahre, bis 1876, dauert es, bis der erste funktions­fähige Vier­takt­motor in der Gasmotoren-Fabrik Deutz AG produziert wird. Er etabliert das Prinzip aus Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen, nach dem heute quasi jeder Verbrennungs­motor in Pkw oder Motorrad funktioniert: Im ersten Takt bewegt sich der Kolben nach unten und saugt durch ein Ventil eine Mischung aus Luft und Treibstoff in den Zylinder. Im zweiten Schritt fährt der Kolben nach oben, verdichtet das Gemisch und erwärmt es dabei. Im Moment der maximalen Verdichtung wird das Gemisch durch den Funken einer Zünd­kerze gezündet. Durch den Druck der Explosion wird der Kolben im eigentlichen Arbeits­takt sehr schnell nach unten gedrückt. Im vierten Arbeits­schritt schnellt der Kolben wieder hoch und drückt die verbrannten Gase durch ein Ventil aus dem Zylinder.

Zur Serienreife entwickelt wird der Motor von Gottlieb Daimler und Wilhelm Maybach, die seit 1872 in der Deutz AG arbeiten. Der Motor wird ein großer Erfolg und verkauft sich bestens. Für den mobilen Einsatz ist er aber noch zu groß und zu schwer. Nach einem Zerwürfnis mit Otto verlässt Daimler Ende 1881 die Deutz AG und gründet in Cannstatt eine Versuchs­werkstatt, in der bald auch Maybach mitarbeitet. Daimlers Ziel ist die Entwicklung kleiner, schnell laufender Verbrennungs­motoren, die Fahr­zeuge zu Lande und zu Wasser antreiben können. Schon 1883 meldet er einen gemeinsam mit Maybach entwickelten, verbesserten Ein­zylinder-Vier­takt­motor zum Patent an. Ihr „Gas­motor mit Glüh­rohr­zündung“ bringt es auf 1 PS bei 650 Umdrehungen pro Minute. Er ist klein, relativ leicht und wird mit Benzin betrieben: optimale Voraus­setzungen für den Einsatz in einem Fahr­zeug. 1885 bauen Daimler und Maybach mit dem sogenannten „Reitwagen“ den Vorläufer des Motorrads. Im Oktober 1886 setzen sie den Standuhr-Motor in eine Kutsche ein – das erste Auto­mobil mit vier Rädern. 1889 feiert mit dem 1,5 PS starken „Motor-Quadricyle“, dem „Stahl­rad­wagen“, ihr erstes komplett eigen­ständiges Fahrzeug auf der Pariser Welt­aus­stellung Premiere. Elf Jahre später entwickeln sie für den österreichischen Geschäfts­mann Emil Jellinek ein Auto, dessen Karosserie sich weit­gehend vom bisherigen Kutschen­prinzip verabschiedet und das es mit seinem 35-PS-Motor auf eine Höchst­geschwindig­keit von fast 90 Stunden­kilo­metern bringt. Benannt ist das Auto nach Jellineks Tochter, die auf den Namen Mercedes hört.

Jellinek kostet sein Mercedes rund 150.000 Mark. Kein Wunder also, dass Auto­mobile zur Jahr­hundert­wende ein kost­spieliges Vergnügen der oberen Zehn­tausend bleiben. Doch selbst wenn zunächst nur wenige Fahr­zeuge über die Straßen knattern, sorgen sie immer öfter für Aufregung oder Unfälle. Am 10. März 1899 verkündet Frankreichs Präsident Émile François Loubet im Amts­blatt Journal officiel deshalb die erste Straßen­verkehrs­ordnung der Welt und damit auch die Führer­schein­pflicht. Immer öfter würden Automobile „Pferde aufschrecken, den Boden beschädigen oder schlicht zu viel Staub aufwirbeln“, begründet der Präsident die Entscheidung.

Schon 1906/1907 verursachen 36.022 Fahrzeuge auf Deutschlands Straßen eine Zahl von 145 Verkehrs­toten. Das Risiko, einem Unfall zum Opfer zu fallen, ist im Verhältnis zur Anzahl der Automobile fast sechzig Mal so hoch wie im Jahr 2017. Der Staat muss reagieren. 1909 wird im „Gesetz über den Verkehr mit Kraft­fahr­zeugen“ die Sicherheit im motorisierten Straßen­verkehr erst­mals für das ganze Land geregelt. Die Verordnung legt unter anderem fest: „Die Kraft­fahr­zeuge müssen verkehrs­sicher und insbesondere so gebaut, eingerichtet und ausgerüstet sein, dass Feuer- und Explosions­gefahr sowie jede vermeidbare Belästigung von Personen und Gefährdung von Fuhr­werken durch Geräusche, Rauch, Dampf oder üble Gerüche ausgeschlossen ist.“ Amtlich anerkannte Sach­verständige sind nun deutschland­weit dafür zuständig, die Sicherheit von Fahrer und Fahr­zeug zu über­prüfen – unter ihnen auch die Experten der DÜV. Sie können diese Aufgabe zuerst noch neben ihren sonstigen Prüf­tätig­keiten erledigen, denn: Im Vergleich zu den Dampf­kesseln ist die Zahl der Autos und ihrer Fahrer immer noch verschwindend gering.

Dass sich das bald ändert, daran hat Henry Ford einen nicht unwesentlichen Anteil. 1913 setzt der amerikanische Auto­magnat in seiner Fabrik in Highland Park, Michigan, erstmals Fließ­bänder ein und revolutioniert dadurch den Fertigungs­prozess seines „Model T“. Mit den Produktions­kosten sinken auch die Preise drastisch. Fords robuste und einfach zu reparierende „Tin Lizzy“ wird zum Best­seller und bis 1927 rund 15 Millionen Mal verkauft. Auch andere Auto­bauer lernen vom Ford-Prinzip und verabschieden sich von der hand­werklichen Herstellung. In Paris rollen seit 1919 täglich 100 Citroën Typ A vom Band. In Deutschland eröffnet Opel 1924 in Rüssels­heim mit der Fließ­band­fertigung des „Laub­froschs“ das Zeit­alter der industriellen Produktion.

Mit der Zahl der Autos wächst der Prüfbedarf. In den frühen 1920er-Jahren gründet deshalb der Nord­deutsche DÜV eine eigene kraft­fahr­technische Abteilung, 1928 tut es ihm der DÜV Hannover gleich. Weil die Dampf­kessel­über­wachungs­vereine mittler­weile auch bei Aufzügen und elektrischen Anlagen für Sicherheit sorgen, wird ihr Name 1938 geändert. Fortan kennt man sie als Technischen Über­wachungs­verein, also als TÜV.

Noch müssen Autos allerdings nur bei der Zulassung ein­malig abgenommen werden. Viele Fuhr­park­besitzer wollen ihre Fahr­zeuge dennoch regel­mäßig von den externen Experten kontrollieren lassen. Wenn der Lkw auf der Fahrt liegen bleibt, kostet das schließlich bares Geld. Private Auto­fahrer haben zunächst kaum Interesse an freiwilligen Sicher­heits­checks, obwohl Polizei­kontrollen immer wieder zeigen, dass bei den meisten Fahr­zeugen weder Bremsen noch Licht richtig funktionieren.

Nach dem Krieg mausert sich das Auto langsam, aber sicher zum Massen­transport­mittel und wird in der Wirtschafts­wunder­zeit zum rollenden Symbol wachsenden Wohl­stands. Allein in München klettert der Auto­bestand zwischen 1950 und 1960 jährlich um 20 Prozent. Der VW Käfer und später der Messer­schmitt Kabinen­roller oder die BMW Isetta machen den fahr­baren Unter­satz auch für Arbeiter und Angestellte erschwinglich. Höchste Zeit für den Staat, das Sicher­heits­risiko verkehrs­untüchtiger Automobile in den Griff zu bekommen. Ab 1951 verlangt die neue Straßen­verkehrs-Zulassungs-Ordnung, jedes Fahrzeug nach der Erst­zulassung alle zwei Jahre zu prüfen.

Verantwortlich für die regelmäßige Haupt­unter­suchung sind die Technischen Über­wachungs­vereine und andere Organisationen, darunter der Deutsche Kraft­fahr­zeug-Über­wachungs­verein (DEKRA). Um diese Aufgabe zu erfüllen, brauchen die TÜV-Ingenieure der Nach­kriegs­zeit nicht nur viel Fach­kenntnis, sondern auch eine Menge Improvisations­talent. Denn die vor dem Krieg gebauten technischen Prüf­stellen sind noch zerstört oder zu klein für die wachsende Zahl der Automobile: Die Sach­verständigen prüfen auf Bahn­anlagen oder Bauhöfen und sogar auf den Park­plätzen von Gast­stätten, wo sie sich gelegentlich mit betrunkenen und pöbelnden Fahr­zeug­haltern herum­ärgern müssen. Doch trotz der gesetzlichen Regelung erscheinen längst nicht alle Fahr­zeug­inhaber regel­mäßig zur Haupt­unter­suchung. Um den Säumigen auf die Sprünge zu helfen, wird deshalb am 1. Januar 1961 die Plaketten­pflicht eingeführt. Und die Plakette trägt Früchte: Allein der Essener TÜV-Verein kontrolliert im Jahr 1965 auf insgesamt 24 Prüf­anlagen 500.000 Kraft­fahr­zeuge.

Durch die flächendeckenden Kfz-Prüfungen werden die Fahrzeuge immer sicherer – das gilt aber nicht automatisch für deren Fahrer. Mit den Verkehrs­teil­nehmern steigt auch die Zahl der Unfall­toten jedes Jahr an. Trauriger Höhe­punkt ist das Jahr 1970: Über 19.000 Menschen sterben im Straßen­verkehr, etwa eine halbe Million werden verletzt. Auch im inter­nationalen Vergleich ist der Straßen­verkehr in Deutschland besonders gefährlich: Die Bundes­republik hat eine ähnlich hohe Verkehrs­dichte wie Groß­britannien, aber es sterben doppelt so viele Menschen. Schuld daran sind meist die Auto­fahrer, die zu schnell, zu rück­sichts­los und nicht selten alkoholisiert unter­wegs sind.

Schon frühzeitig versuchen die Technischen Über­wachungs­vereine, auch hier gegen­zu­steuern. Im Jahr 1955 entsteht beim TÜV Hannover ein erstes Medizinisch-Psychologisches Institut (MPI), das Gutachten über gefährliche Verkehrs­teil­nehmerinnen und -teil­nehmer verfasst. Betroffen sind vor allem Autofahrer, die wegen Trunken­heit am Steuer aufgefallen waren. Bald darauf gründen TÜV Hamburg und TÜV Essen eben­falls entsprechende Institute. Diese erstellen jedoch nicht nur Gutachten über potenziell gefährliche Fahrer, sondern helfen auch bei der Prävention: Der Leiter des Hannoveraner MPI Werner Winkler entwickelt in den 1970er-Jahren eine unter dem Namen LEER anschließend bundes­weit anerkannte Nach­schulung. Sie hilft Fahr­zeug­haltern, Auto­fahren und Alkohol­konsum zu trennen. Viele Verkehrs­sünder empfinden die Nach­schulung und den sogenannten Idioten­test zunächst als staatliche Strafe – dabei sollen sie einfach nur dafür sorgen, dass Auto­fahrer so unfall­frei ihr Ziel erreichen wie bereits Bertha Benz vor 130 Jahren.