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Die ersten Kompressoren waren im Prinzip gar keine. Sie waren Gebläse. Denn der Lader, den G. Jones aus Birmingham 1848 in England entwarf, wies keine innere Verdichtung auf. Er war, wie das gleichlautende Aggregat der Brüder Philander und Francis Roots, eine Verdrängermaschine. Die beiden Amerikaner patentierten ihr Roots-Gebläse 1860, damals noch zur Anfachung der Hochöfen in der Stahlindustrie gedacht.
Es dauerte noch einmal fast zwei Jahrzehnte, bis Heinrich Krigar einen echten Kompressor zum Patent anmeldete. Doch die Fertigungsmethoden waren 1878 noch nicht weit genug fortgeschritten, um die beiden Schrauben seines Verdichters in der erforderlichen Präzision zu fertigen. Der allgemeine Umtrieb in der Forschung zu diesem Thema lenkte auch das Interesse der Antriebs-Ingenieure auf sich. Allen voran Gottlieb Daimler, der schon 1885 das Patent für die Aufladung eines Verbrennungsmotors einreichte.
Zuerst Mercedes
Damit war der Grundstein für die Entwicklung der Leistungssteigerungen unter Zuhilfenahme der Aufladung gelegt. Der Durchbruch gelang 1921 mit den Mercedes-Modellen 6/25/40 und 10/40/65. Der zivilere der beiden Wagen leistete mit seinem 1.6-Liter-Vierzylinder dank eines bei Volllast zuschaltenden Roots-Gebläses 40 PS statt der normalen 25 PS. Im Sport-Mercedes, dessen völlig neu konstruierter 1.5-Liter-Vierzylinder die Basis aller künftigen Rennwagen bildete, steigerte das Roots-Aggregat die Leistung um 25 PS auf stolze 65 Pferdestärken. Bemerkenswert: Der neue Motor verfügte bereits über doppelte obenliegende Nockenwellen und vier Ventile pro Zylinder bei mittiger Anordnung der Zündkerze. Spätere Messungen wiesen über 80 PS für den Sport-Motor aus.
Die für die damaligen Verhältnisse atemberaubende Leistung stellte auch die Piloten vor einige Herausforderungen. Entsprechend durchwachsen waren die Rennresultate der nur schwer zu fahrenden Kompressor-Mercedes, deren Leistungsabgabe spitz und schlecht dosierbar war. Die Konkurrenz von Fiat, Alfa Romeo, Bentley oder Bugatti konnte sich noch behaupten – im Verborgenen arbeiteten aber auch sie alle bereits an aufgeladenen Triebwerken. Die goldene Ära der Vorkriegs-Elefanten begann.
Getrieben von den Vorteilen der Aufladung wurde dann 1935 von Alf Lysholm in Schweden der Schraubenverdichter zur Serienreife entwickelt. Mit seiner inneren Verdichtung versprach er noch höhere Leistungsausbeuten in Kombination mit dem passenden Verbrennungsmotor.
Wie hilft der Kompressor?
Die Motorleistung ist das Produkt mehrerer Faktoren. Unter anderem spielen die Drehzahl, der Hubraum und der Mitteldruck eine entscheidende Rolle. Drehzahl und Hubraum lassen sich nicht beliebig steigern, der Mitteldruck hingegen schon. Denn eine seiner Einflussgrössen ist der Saugrohrdruck. Eben jenen kann man mittels Kompressorvolumen und seiner Drehzahl relativ zum Motor in der konstruktiven Auslegung weitreichend variieren.
Die mechanische Kopplung von Motor und Verdichter ist auch der grösste Vorteil des Kompressors. Denn im Gegensatz zum Abgasturbolader spricht der Kompressor unmittelbar an. Es müssen keine Turbine beschleunigt und keine Massenträgheit überwunden werden, stattdessen ist der Ladedruck sofort und verzögerungsfrei abrufbar.
Das Ganze hat natürlich einen Preis, denn der Antrieb eines Kompressors kostet Wellenleistung, erfolgt sein Antrieb doch über die Kurbelwelle des Motors. Als Beispiel nehmen wir einen 1.8-Liter-Vierzylinder mit einer Nenndrehzahl von 5800 Umdrehungen und einer überschaubaren Leistung von 110 PS. Spendiert man ihm einen Kompressor, der 1.76 bar Ladedruck erreicht und über einen Ladeluftkühler verfügt, wird durch die verbesserte Füllung und eine entsprechend angepasste Kraftstoffmenge eine Spitzenleistung von 160 PS erreicht. Die effektive Motorleistung berechnet sich auf 178 PS – es werden also 18 PS zum Antrieb des Verdichters benötigt. Energetisch lohnt sich die Aufladung durch einen mechanischen Verdichter entsprechend deutlich.
Kompressor oder Abgasturbolader?
Es gibt keine allgemeingültige Antwort auf die Frage, ob der Kompressor oder der Turbolader im Vorteil sei. Der Kompressor war unter Komfortgesichtspunkten dem Turbolader lange überlegen. Die souveräne, jederzeit bärige Kraftentfaltung wie aus einem Motor mit deutlich grösserem Hubraum wurde von vielen Herstellern geschätzt. Auch der verhältnismässig geringe Aufwand der nachträglichen Integration etwa bei V-Motoren war in der Serienanwendung wie im Nachrüstmarkt ein grosser Vorteil der mechanischen Lader.
Extrembeispiel der Kompressoraufladung ist sicher der Aston Martin Vantage V600. Sein 5.3-Liter-V8 wurde gleich von zwei Eaton-Kompressoren zwangsbeatmet. Gegenüber der V550-Version mit entsprechend vergrösserten Schrauben und höherem Ladedruck brachte es der streng limitierte Aston Martin auf 612 PS und 820 Nm. Es sollte der einzige serienmässige Bikompressor der Automobilgeschichte bleiben.
Ebenfalls bemerkenswert ist eine andere Form der Doppelaufladung, die einst Lancia mit dem Delta S4 Integrale im Rallyesport einsetzte: Kompressor- und Turboaufladung in Kombination. Für schnelles Ansprechen und fülliges Drehmoment wurde der mechanische Verdichter im unteren Drehzahlbereich genutzt, oben übernahm dann die abgasgetriebene Turbine, während der Kompressor mit einem Bypass aus dem Ladeluftkreis genommen wurden. Dieses System fand dann im VW Golf 5 sogar in die Grossserie. Der 1.4-Liter-TSI Twincharger aus dem Golf GT brachte es auf 170 PS und 250 Nm. Die Steuerung der beiden Aufladungssysteme darf noch heute als eine der komplexesten der vergangenen Jahrzehnte gelten.
König des Dragstrip
Es war allerdings nicht nur der immer weiter verbesserte Turbolader, der dem Kompressor das Leben schwer machte. Es waren vor allem gesetzliche Bestimmungen, Verbrauchsgrenzen und Crash-Vorschriften. Für ein grosses und unflexibel zu montierendes Bauteil wie einen Kompressor war schlicht kein Platz mehr unter der Motorhaube. Dazu kamen die Obergrenzen in den Verbrauchszyklen. Hier wiegt die Antriebsleistung der mechanischen Lader schwer – so viel Leistung sie auch in der Spitze erzeugen mögen. Und so bleibt die aktuelle Kompressorgeneration fast ausschliesslich auf amerikanische Fahrzeuge beschränkt. Ob Chevrolet Camaro, Ford Mustang oder Dodge Challenger, sie alle vertrauen noch immer auf den Supercharger. Denn am Dragstrip zählt auch heute nur eines: Leistung. Den aktuellen Gipfel markiert die SRT-Demon-Variante des Challengers. Über 32 500 Liter Luft bekommt der 6.2-Liter-V8 pro Minute mit einem Bar Ladedruck in die Brennräume gepresst. Das Ergebnis sind 840 PS und 1044 Nm Drehmoment. Damit schlägt der Dodge auf der Viertelmeile sogar den Tesla Model S in aktueller Cheetah-Version. In der Musclecar-
Szene wusste man eben schon immer: «Don’t charge – supercharge!»