9 Innovationen und Erfindungen des Automobilbaus

Viele wichtige und bahnbrechende Innovationen und Erfindungen haben das moderne Auto geprägt und den Automobilbau im Allgemeinen diktiert.

Bremsen mit ABS System
Mit dem ABS System wurde die Sicherheit beim bremsen erhöht

1. Die Dampfmaschine gab den Anstoß

Dampfmaschinen Fahrzeug
Dampfmaschinen Fahrzeug

Die Dampfmaschine war eine der ersten Innovationen im Automobilbau. Obwohl sie ursprünglich entwickelt wurde, um Wasser aus Bergwerken zu pumpen, würden Verbesserungen im Laufe der Zeit zu einer drastischen Verkleinerung der Maschine führen.

Die erste zuverlässige Dampfmaschine wurde 1775 von James Watt entwickelt, und dies war wiederum eine Verfeinerung der früheren Newcomen-Maschine.

Dampfmaschinen führten zunächst zur Entwicklung von Lokomotiven und dampfgetriebenen Schiffen, aber die Technologie wurde für den Einsatz in frühen Wagen um die 1850er Jahre verfeinert.  Unter den sehr frühen Wagen waren Dampfwagen den anderen Antriebsarten zahlenmäßig überlegen, und auch der Treibstoff war relativ billig.

Das Schicksal des Dampfmaschinenwagens war besiegelt, als Henry Ford seinen Massenproduktionsprozess voll entwickelt hatte. Elektrische Anlasser für Verbrennungsmotoren machten auch den Handkurbelmotor überflüssig, und Autos mit Verbrennungsmotorantrieb würden sich letztlich durchsetzen, da sie viel billiger zu kaufen waren.

2. Der Verbrennungsmotor machte Autos „billig“.

Kraftstoff Motor
Kraftstoff Motoren machten Fahrzeuge günstiger und serienreif

Der Verbrennungsmotor ist in jeder Hinsicht der De-facto-Grund für die heutige Existenz des Automobils. Obwohl es seit den 1700er Jahren verschiedene Beispiele für frühe Motoren gibt, brauchte es Etienne Lenior, um 1859 den ersten zuverlässigen Motor herzustellen.

Der moderne Verbrennungsmotor, wie wir ihn kennen, wurde entwickelt, als Nikolaus Otto 1864 seinen „atmosphärischen Gasmotor“ patentieren ließ. Spätere Entwicklungen wurden von George Brayton durchgeführt (der erste Flüssigkraftstoffmotor), und die Zusammenarbeit zwischen Otto, Daimler und Maybach führte 1876 zum ersten Viertaktmotor der Welt.

Der Zweitaktmotor wurde wenig später, 1879, von Karl Benz entwickelt, und 1886 begann die Produktion der ersten Nutzfahrzeuge von Benz.

3. Der Anlasser machte Handkurbeln überflüssig

Verbrennungsmotoren arbeiten im Wesentlichen auf einem Rückkopplungssystem, das sich auf die Trägheit von jedem Zyklus verlässt, um den nächsten einzuleiten. Aus diesem Grund benötigten frühe Autos anfangs eine Möglichkeit, den Motor zu drehen (kurbeln), damit er mit eigener Kraft laufen kann.

Die frühen Motoren nutzten eine Vielzahl von Methoden, um dies zu erreichen, von Schießpulverzylindern über Federn bis hin zu roher Gewalt – unter Verwendung der ikonischen Handkurbel. Obwohl diese Methoden wirksam waren, waren sie unbequem, schwierig und konnten sogar gefährlich sein. Die Motoren hatten oft einen „Rückschlag“, so dass der Prozess nicht vorhersehbar war.

Was gebraucht wurde, war eine weniger mühsame, bequemere und vorhersehbare Möglichkeit, den Motor zu starten.

Der erste elektrische Anlasser wurde 1896 in England von H. J. Dowsing entwickelt. Das erste U.S.-Patent für einen elektrischen Anlasser wurde 1903 erteilt, ein Patent für eine verbesserte Version 1911. Die ersten Autos mit elektrischen Anlassern wurden 1912 von Cadillac produziert.

Anlasser sind heute natürlich Standard in Automobilen, aber ihr Aufstieg war nicht garantiert, und Kurbeln waren noch bis weit in die 1920er Jahre in Gebrauch. Interessanterweise wurden Handkurbeln von einigen Herstellern noch bis in die Produktion von Autos wie dem Citroen 2CV (1948-1990) geliefert. Sie dienten dazu, das Auto zu starten, falls der Anlasser oder die Batterie ausfielen.

4. Der Dieselmotor ist ziemlich effizient

Diesel Motoren für mehr Reichweite und einen höheren Wirkungsgrad
Diesel Motoren für mehr Reichweite und einen höheren Wirkungsgrad

Der Dieselmotor, oder Kompressionszündungsmotor (CI), wurde von Rudolf Diesel entwickelt und ist auch heute noch der höchste thermische Wirkungsgrad aller praktischen Verbrennungsmotoren. In einigen Fällen können Langsamläufer-Dieselmotoren einen thermischen Wirkungsgrad von etwas über 50% haben.

Wie der Name schon sagt, erfolgt die Entzündung des Kraftstoffs durch mechanische Kompression der Luft in der Brennkammer, und zwar so weit, dass sich eingespritzter, zerstäubter Diesel augenblicklich entzündet (adiabatische Kompression). Dies steht im Gegensatz zur Fremdzündung von Benzin- oder Gasmotoren.

Nachdem Rudolf Diesel durch eine frühere Dampfmaschine mit Ammoniakdampf fast getötet worden wäre, beschloss er, seine neue Maschine stattdessen auf den Carnot-Zyklus zu stützen. Bald nachdem Karl Benz 1893 sein Patent erhalten hatte, veröffentlichte Diesel seine bahnbrechende Abhandlung „Theorie und Konstruktion einer rationellen Wärmekraftmaschine als Ersatz für die Dampfmaschine und die heute bekannten Verbrennungsmotoren“.

Der Dieselmotor war geboren.

5. Anti-Blockier-Bremsen haben geholfen, Leben zu retten

Bremsen mit ABS System
Mit dem ABS System wurde die Sicherheit beim bremsen erhöht

Antiblockier-Bremsen oder Antiblockier-Bremssysteme (ABS) sind eigentlich ein ziemlich altes Stück Automobiltechnik. Obwohl moderne Systeme in den 1950er Jahren in der Luftfahrtindustrie eingeführt wurden und ab den 1970er Jahren in Autos populär wurden, stammt das Konzept eigentlich schon aus dem Jahr 1908.

Moderne Systeme ermöglichen es dem Auto, während des Bremsens einen Traktionskontakt mit der Fahrbahn aufrechtzuerhalten, wodurch verhindert wird, dass die Räder blockieren oder sich nicht mehr drehen und das Fahrzeug ins Schleudern geraten kann. Das System ist automatisiert und macht sich die Prinzipien der Schwellenwert- und Trittfrequenzbremsung zunutze, die von erfahrenen Fahrern mit den Bremssystemen der vorherigen Generation praktiziert wurden.

Das erste patentierte ‚ABS‘ wurde 1928 von dem deutschen Ingenieur Karl Wessel entwickelt – aber er würde nie ein funktionierendes Produkt entwickeln. In den 1950er Jahren nahm die Technologie mit Dunlop Maxarets Antirutschsystem Gestalt an, das bei britischen Düsenflugzeugen wie der Avro Vulcan und der English Electric Lightning ausgiebig eingesetzt wurde.

Ein wirklich modernes System wurde von Chrysler eingeführt und war ein computergesteuertes Dreikanal-Allrad-ABS mit vier Sensoren. Es wurde „Sure Brake“ genannt und gehörte zur Serienausstattung des 1971er Imperial. Andere Autohersteller folgten in den folgenden Jahrzehnten, und ABS wurde in den 1990er Jahren bei Motorrädern eingeführt.

6. Automatikgetriebe erleichtert das Fahren

Automatikgetriebe
Automatikgetriebe

Automatikgetriebe, Automatik- oder selbstschaltendes Getriebe ist eine weitere große Innovation im Automobilbau. Das automatisierte System befreit den Fahrer von der Notwendigkeit, während der Fahrt manuell die Gänge zu wechseln.

Obwohl weniger reaktionsfähig und fehleranfälliger als manuelle Getriebe, reduzierte diese Innovation die Anzahl der Elemente, die ein Fahrer zum Fahren benötigt, um die Nutzung zu kontrollieren. Dies hat offensichtliche Vorteile für Menschen mit Behinderungen und macht das Autofahren insgesamt einfacher.

Das Automatikgetriebe wurde ursprünglich 1921 von Alfred Horner Munro, einem Kanadier, entwickelt. Er ließ sein Design 1923 patentieren und erwarb 1924 bzw. 1927 britische und US-amerikanische Patente.

Munro war eigentlich ein Dampfingenieur, und seine frühe Konstruktion verwendete Druckluft statt Hydraulikflüssigkeit, wie sie in modernen Systemen verwendet wird. Leider fand er nie eine kommerzielle Anwendung. Zwei brasilianische Ingenieure, José Braz Araripe und Fernando Lely Lemos, entwickelten 1932 eine Version mit Hydraulikflüssigkeit und verkauften ihre Konstruktion 1940 an General Motors.

7. Servolenkung machte das Fahren angenehmer

Servolenkung
Die Servolenkung für einfacheres und sicheres Lenken

Die Servolenkung, die so genannte PAS-Lenkung (Power-Assisted Steering), ist eine weitere große Innovation im Automobilbau und hilft dem Fahrer, sein Auto leichter zu lenken. Durch den Einsatz von hydraulischen oder elektrischen Aktuatoren kann der Fahrer beim Drehen des Lenkrads viel weniger Kraftaufwand als in nicht mit PAS ausgestatteten Fahrzeugen aufwenden, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten oder im Stand.

Frühe Versionen der Servolenkung wurden 1876, 1902 und 1904 patentiert, aber keine von ihnen schaffte es in die Produktion. Das erste praktische System wurde 1926 von Francis W. Davis entwickelt. Später wechselte er zu General Motors und verfeinerte seine Entwürfe weiter.

Die Chrysler Corporation war die erste, die die Servolenkung in einem Personenkraftwagen kommerziell verfügbar machte und die Technologie in ihren Imperial von 1951 einbaute. GM folgte schnell mit ihrem Cadillac von 1952.

Heute sind die meisten Fahrzeuge serienmäßig mit Servolenkung ausgestattet.

8. Airbags: Leben retten mit der Kraft der Luft

Airbags sind nach dem Sicherheitsgurt eine der wichtigsten Innovationen in der Fahrzeugsicherheit und im Automobilbau. Sie sind so konstruiert, dass sie sich bei Zusammenstößen, Aufprall oder plötzlich auftretender schneller Verzögerung extrem schnell aufblasen und sich ebenso schnell wieder ablassen.

Diese Technologie hat seit ihrer massenhaften Einführung in der Automobilindustrie Tausende von Leben gerettet.

Airbags können ihren Ursprung auf luftgefüllte Blasen zurückführen, die bereits in den 1950er Jahren verwendet wurden. Ihre Erfindung wird weitgehend John W. Hetrick zugeschrieben, der 1951 sein Patent anmeldete. Ein ähnliches System wurde etwa zur gleichen Zeit auch in Deutschland von Walter Linderer patentiert. Beide Systeme verwendeten Druckluft, die über eine Feder, einen Stoßfängerkontakt oder manuell durch den Fahrer ausgelöst wurde.

Erst die Entwicklung von Crash-Sensoren in den 1960er Jahren führte dazu, dass diese Technologie weite Verbreitung fand. Mercedes-Benz, GM, Ford und Chrysler würden sie ab den 1970er Jahren in ihre Autos einbauen, aber sie würden erst in den 1990er Jahren zum Standard werden.

9. Elektroautomotoren gehören der Vergangenheit und der Zukunft an

Flocken Baujahr 1888, eines der ältesten Elektrofahrzeuge
Flocken Baujahr 1888, eines der ältesten Elektrofahrzeuge

Elektroautomotoren gibt es schon viel länger, als Sie vielleicht erwarten. Obwohl Hybrid- oder vollelektrische Fahrzeuge heute in großer Zahl eingesetzt werden, tauchte das erste serienmäßige Elektroauto 1884 in London auf.

Ein weiterer Entwurf, der Flocken Elektrowagen, wurde 1888 in Deutschland hergestellt. Autos, die mit Elektromotoren angetrieben wurden, und solche, die mit Dampf betrieben wurden, waren in den frühen Jahren des Automobilzeitalters, zumindest vor dem Aufkommen des elektrischen Anlassmotors, den Autos mit Verbrennungsmotoren sogar überlegen.

Die frühen Elektroautos waren in den späten 1800er und frühen 1900er Jahren populär, da sie ein Maß an Komfort und Benutzerfreundlichkeit boten, das von konkurrierenden Technologien zu dieser Zeit nicht erreicht wurde. Es wird geschätzt, dass bis zur Wende des 20. Jahrhunderts etwa 30.000 solcher Fahrzeuge produziert worden waren.

Am Ende würde sich der Verbrennungsmotor durchsetzen und Elektroautos bis zu ihrer Renaissance im späten 20. Jahrhundert in den Schatten stellen.