Boxermotor
DerBoxermotor(in der deutschen Norm DIN 1940 nur:Boxer-Motor) ist eine Bauform eines Mehrzylinder-Hubkolbenmotors,der meist alsVerbrennungsmotoreingesetzt wird.
Geschichte
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Erfunden wurde der Boxermotor vonCarl Benz1896. Benz nannte ihn „Contra-Motor “, da sich die beiden Zylinder gegenüberlagen, und baute ihn erstmals 1897 in das Modell „Dos à Dos “(französisch: Rücken an Rücken) derBenz & Cie.Rheinische Gasmotorenfabrikein.Johann Puchstellte im Jahr 1898 seinen ersten Boxermotor vor.
Bauformen
BearbeitenDer Boxer wird meistens mit einergeradenZylinderzahl gebaut. Eine Ausnahme stellt derDreizylinder-Boxermotordar. Boxermotoren werden vorwiegend alsViertaktmotorengebaut. DieZylinderbzw.Zylinderbänke(bei mehr als zwei Zylindern) sind dabei einander gegenüberliegend (Bankwinkel 180°) und etwas versetzt zueinander angeordnet (siehe Abbildung).
- Abgrenzung zum V-Motor
Rechts: Boxer
Prinzipskizze
Der Unterschied zum 180°-V-Motorliegt in der Anordnung derPleuelauf derKurbelwelle:
- Bei Boxermotoren sind die Pleuel zweier gegenüberliegender Zylinder auf zwei um 180° versetzteHubzapfenangeordnet. Die beiden Kolben bewegen sich gegenläufig und befinden sich spiegelverkehrt stets in der gleichen Position, also beispielsweise beide im oberenTotpunkt.
- Beim V-Motor greifen jeweils zwei Pleuel am selben Hubzapfen an, die Kolben bewegen sich somit in die gleiche Richtung. Beim 180°-V-Motor befindet sich also je ein Kolben in der „Aufwärtsbewegung “(bei einem also imVerdichtungs-oderAusstoßtakt), der andere in der „Abwärtsbewegung “(also imAnsaug-oderArbeitstakt). Da sich die Massenkräfte gegenüberliegender Kolben anders als beim Boxer nicht ausgleichen, ist diese Bauart nur bei mehreren Zylinderpaaren sinnvoll. Bekannte und gelegentlich als Boxer bezeichneteZwölfzylindermotorensind der Motor desPorsche 917,sowie verschiedeneFerrariBerlinetta Boxer(in den Typen365,512 BBundTestarossa). Tatra verwendete 180°-V-Motoren mit vier Zylindern 1932 imTatra 57.
Vor- und Nachteile
BearbeitenDie Vorteile eines Boxermotors gegenüber einemReihen-oderV-Motorsind insbesondere:
- gleichmäßigerer Lauf durch besseren Ausgleich derTrägheitskräfte(Massenkräfte) und damit verbunden eine vergleichsweise höhere Laufruhe,
- weniger mechanische Beanspruchungen wie zum BeispielSpannungenoderSchwingungen,
- weniger rotierende Massen durch kürzere Kurbelwelle und das Entfallen einer bei Reihen- und V-Motoren mitunter notwendigenAusgleichswelle,
- flache Bauweise, die zu einem tieferen und damit günstigeren Schwerpunkt eines Fahrzeugs führt, die aber durch die Schräglagenfreiheit bei Motorrädern und die nach unten führende Abgasanlage bei Vielzylinder-Motoren begrenzt wird.
Als Nachteile gelten:
- größere Anzahl an Bauteilen undFertigungsstufen,die in der Serienfertigung zu höheren Fertigungskosten führen;
- höherer Platzbedarf schließt denQuereinbau(Kurbelwelle quer zur Fahrtrichtung) meist aus.
- Die Ölschmierung wird bei liegenden Motoren nicht durch die Schwerkraft unterstützt. Das ist insbesondere wegen der Seiten- und Längsbeschleunigungen konstruktiv zu berücksichtigen, beispielsweise durch Ölpumpen, die an kritischen Stellen (Zylinderkopf, Turbolader) Öl absaugen oder durch Schottwände.[1]
- Zweizylinder-Boxermotoren mit horizontaler Durchströmung besitzen bei einem Vierventil-Zylinderkopfeine aufwändige Ventilsteuerung, weilKurbelwelleundKipphebelachsenicht parallel verlaufen.
- Die Gehäusehälften müssen vertikal geteilt und wegen der hohen Kräfte mit einem sehr robusten Dichtungsflansch ausgeführt werden, weshalb sie im Allgemeinen schwerer als gleich große V-Motoren sind.
- Die Auspuffanlagen von Mehrzylinder-Boxermotoren erfordern ein Anheben des Triebwerks im Fahrzeug. Bei Motorrädern verbietet die Schräglagenfreiheit eine tiefe Einbaulage des Boxermotors, weshalb er sich im Motorradsport außer bei Gespannen nicht als langfristig erfolgreich etablierte.
Boxermotoren in Straßenfahrzeugen
BearbeitenVolkswagen-Pkw und -Transporter
BearbeitenDer meistgebaute Boxermotor weltweit ist derluftgekühlteVierzylinder vonVolkswagen,der in den 1930er Jahren für denVW Käferentwickelt und in verschiedenen Varianten noch bis 1992 imVW-Busverwendet wurde. Die Produktion dieser Motoren endete 2003 zusammen mit der Käfer-Fertigung beiVolkswagen de México.Der Motor wird in den meistenTrikesbis heute (2014) verwendet.
DerVW-Bus T2(in Deutschland von 1967 bis 1979 gebaut) warin Brasilienmit luftgekühltem Boxermotor bis zum Jahresende 2005 in Produktion. Die Fertigung bis zum Produktionsende wurde auf wassergekühlte Reihenmotoren umgestellt.
Ab Ende 1982 wurden in Deutschland in denVW-Bus T3außer den bewährten luftgekühlten Motoren auch wassergekühlte Varianten („Wasserboxer “, WBX) eingebaut. Die leistungsstärksten waren mit einer elektronischen Zündung und Benzineinspritzung ausgestattet (Digifant) mit Katalysator und 95 PS (70 kW) oderDigijetohne Katalysator und 112 PS (82 kW). Wegen der aufwendigen Führung der Wasserrohre zwischen den beidenZylinderköpfenund der Verbindung zum Frontkühler waren diese Wagen jedoch störungsanfälliger als ihre luftgekühlten Vorgänger. Deshalb wurde 1992 – zwei Jahre nach Einführung des frontgetriebenenVW-Bus T4– die Produktion der VW-Boxermotoren in Deutschland nach über 50 Jahren eingestellt.
Andere Fahrzeughersteller
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Der britische HerstellerJowett CarsLtd. inBradfordbaute Zweizylinder-Boxermotoren mit 815 cm³, ab 1935 Vierzylinder-Boxermotoren und 1947 einen neuen Vierzylinder-Boxermotor mit 1,5 Liter Hubraum in seine Fahrzeuge ein. Alle Motoren waren wassergekühlt.
Subaruund auchPorschesetzen serienmäßigwassergekühlteBoxermotoren ein. Die Subaru-Boxer wurden auch beim Subaru-DerivatSaab 9-2Xverwendet. Subaru lieferte zwischen 2008 und 2018 den ersten Pkw-Diesel-Boxermotor mitCommon-Rail-Einspritzungund Turboaufladung.[2]
Weitere Fahrzeughersteller experimentierten mit Boxermotoren. Der tschechische AutomobilherstellerTatrabaute luftgekühlte Zwei-, Vier- und Achtzylindermotoren für Pkw. Sie wurden allgemein als Boxer bezeichnet, die Vierzylinder waren aber 180°-V-Motoren.[3]
DerCitroën 2CV(„Ente “) und die von ihm abgeleiteten Modelle hatten luftgekühlte Zweizylinder-Boxer. Dies gilt auch für die niederländischen PkwDAF 600und deren Nachfolger, die für ihr stufenloses „Variomatic“-Getriebe bekannt waren. Auch die Kleinwagenmodelle der Puch-Werke (Puch 500/650), die in den 1960er Jahren Erfolge imMotorsporterzielten, sowie der Geländewagen PuchHaflingerwaren mit luftgekühlten Zweizylinder-Boxermotoren ausgerüstet, ebenso die Fahrzeuge des französischen HerstellersPanhard,die aus einem Einliter-Zweizylinder-Boxermotor bis zu 70 PS (51 kW) schöpften. Die KleinwagenBMW 600undBMW 700hatten einen vom Motorrad abgeleiteten gebläsegekühltenZweizylinder-Boxermotor mit Leichtmetall-Kurbelgehäuse.
DieBorgward-Gruppe hatte bereits Ende der 1950er Jahre für ihre ModellreihenGoliath 1100/Hansa 1100 undLloyd Arabella1100 bzw. 900 cm³ große wassergekühlte Vierzylinder-Boxermotoren mit Aluminium-Kolben, -Köpfen und -Gehäusen in der Serienfertigung. DerCitroën GShatte einen modernen luftgekühlten Vierzylinder-Boxermotor mit oben liegenden Nockenwellen. Bekannt sind die Motoren mit vier und sechs Zylindern von Porsche aus den Baumustern356und911(letzterer bis 1998 luftgekühlt).
Der US-amerikanischeChevrolet Corvairhatte einen Sechszylinder-Boxermotor im Heck, anfangs mit 2300 cm³ Hubraum, später mit 2400 und 2700 cm³. Vom 2,4- und 2,7-Liter-Triebwerk gab es Turbo-Versionen; die letzte davon leistete mit 2,9-Liter-Motor bis zu 132 kW (180 PS).[4]
Alfa Romeoverwendete Boxer-Motoren von Anfang der 1970er Jahre bis Ende der 1990er in seinen ModellenAlfasud,33,Arna,145und146.Lancia verwendete wassergekühlte Vierzylinder-Boxermotoren von 1960 bis 1984 in den FrontantriebsfahrzeugenLancia Flavia,Lancia 2000undLancia Gamma,eine Gesamtproduktion von über 110.000 Pkw.
Die in den 1960er Jahren eingesetzten RennwagenPorsche 904bis910hatten Achtzylinder-Boxermotoren. Auch Zwölfzylinder wurden realisiert, meist jedoch ebenfalls nur für Rennzwecke. In der Regel handelt es sich bei diesen Motoren jedoch um keine echten Boxermotoren, sondern um 180°-V-Motoren, wie zum Beispiel imPorsche 917,Ferrari 512 BBundTestarossa.
Motorräder
BearbeitenNach verschiedenen kleineren Herstellern begann vor allemBMW1923 mit der Fertigung von Boxermotoren für Motorräder in großen Stückzahlen. Nach einem Einbaumotor in Boxerbauweise für dieVictoria-Werke in Nürnberg, der sich stark am Vorbild der englischenDouglasorientierte, war dieBMW R 32[5]das erste serienmäßige BMW-Motorrad mit Boxermotor. Allerdings ist die Kurbelwelle bei der Douglas quer zur Fahrtrichtung eingebaut, sodass ein Zylinder nach vorn und einer nach hinten gerichtet ist. Dieser nach hinten gerichtete Zylinder wird nur unzureichend gekühlt. Der Längseinbau bei BMW und Honda reduziert die Fahrzeuglänge und eignet sich gut für den Hinterradantrieb mit Gelenkwelle. Außerdem liegen die Zylinder im Fahrtwind.
Der weltweit meistgebaute Motorrad-Boxermotor ist derseitengesteuerte750er BMW-Boxermotor der von 1938 bis 1941 gebautenBMW R 71.Nach Produktionsende in Deutschland wurde er in der Sowjetunion als Motor für das GespannmotorradM-72nachgebaut und später für die Fahrzeuge der sowjetischen bzw. heute ukrainischen und russischen MotorradmarkenDneprundUralweiterentwickelt. Der weitgehend unveränderte seitengesteuerte R-71-Motor wird seit 1957 vom chinesischen HerstellerChang-Jiangbis heute (2015) nachgebaut.
Ebenso wurde im Zweiten Weltkrieg die Entwicklung eines Zweitakt-Zweizylinderboxermotors beiDKWbegonnen. Nach dem Krieg liefen diese 350-cm³-Motoren mit 15 (später 17) PS in gespannfähigen Motorrädern zunächst unter dem NamenIFABK 350, später dann alsMZBK 350bis 1959 vom Band.
In hohen Stückzahlen werden seit 1974 vonHondafür das ModellGold Wingzunächst wassergekühlte Vierzylinder-, ab 1988 Sechszylinder-Boxermotoren gefertigt. Weitere Motorräder mit Boxermotor waren unter anderem dieZündapp KS 601und die in kleiner Stückzahl gebauteHoffmann Gouverneur.
Luftfahrzeuge
BearbeitenFlugmotoren
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Beieinmotorigen Flugzeugenist der luftgekühlte Boxermotor unter anderem wegen der guten Kühlung der beiden im Luftstrom liegenden Zylinderbänke und der geringen Bauhöhe der am häufigsten verwendete Antrieb. Hersteller sind zum BeispielLycoming,RotaxundLimbach.
Für Kleinflugzeuge stellte auchPorscheBoxermotoren her. Bereits 1943 stattete das Porsche-Konstruktionsbüro einen Motorsegler mit einem 33-PS-VW-Motor aus, der im Rumpf hinter der Pilotenkanzel eingebaut war und dem kleinen Flugzeug zu einer Höchstgeschwindigkeit von 140 km/h verhalf. 1959 zeigte Porsche bei derDeutschen Industrie-Messein Hannover Flugmotoren auf der Basis desPorsche 356.Diese Vier-Zylinder-Boxermotoren mit der Typnummer 678 hatten einen Hubraum von 1582 cm³ und leisteten je nach Ausführung 50 bis 75 PS. Abweichend vom Sportwagenmotor hatten sieDoppelzündungmit zwei Zündkerzen je Zylinder undTrockensumpfschmierung.Die Motoren waren luftgekühlt, je nach Ausführung entweder durch Fahrtwind oder Gebläse. Von September 1983 bis 1990 wurde von Porsche der vom Typ 911 abgeleitete Sechszylinder-Boxer-FlugmotorPFM 3200angeboten.
Startermotor für Strahltriebwerke
BearbeitenWährend des Zweiten Weltkrieges wurden Boxermotoren als Anlassermotor für die ersten deutschenStrahltriebwerkeeingesetzt, um das Triebwerk auf Anlassdrehzahl hochzufahren. Der vonNorbert Riedelentwickelte Zweizylinder-Zweitakt-Boxermotor „Riedel-Anlasser “hatte einen Hubraum von 270 cm³ und eine Leistung von 8 kW (10,5 PS) bei 7150/min. Er war als extremerKurzhuber(Bohrung/Hub:70 mm/35 mm = 2:1) ausgeführt, damit er in die Nabe des Turbinenverdichters passte, und wurde elektrisch oder mit einemSeilzugstartergestartet. Der Motor wurde von denVictoria-Werkenin Nürnberg produziert und diente als Anlasser für die StrahltriebwerkeJunkers Jumo 004undBMW 003.
Weitere Einsatzbereiche
BearbeitenDieter Königin Berlin baute ab den 1960er Jahren erfolgreiche Zweitakt-Außenbordmotorenin Boxerbauart für Rennboote. Boxermotoren werden zum Teil auch imMotorsport,alsIndustriemotorzum Antrieb vonFeuerlöschpumpen,Mähdreschernoder als Hilfsantrieb inO-Bussenverwendet.
Sonderbauformen
BearbeitenInline-Boxermotor
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Der Inline-Boxermotor besteht aus zwei Zylindern, die sich in einer Linie gegenüberliegen. Ein Kolben ist konventionell über ein Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden, der zweite Kolben (rechts im Bild) über ein Tandempleuel. Die Kurbelwelle ist dreifach gekröpft. Durch diese Bauweise verursacht der Inline-Boxermotor kaum Vibrationen, da der Massenausgleich optimal ist. Die Kurbelwelle ist sehr kurz, wodurch eine geringe Baulänge möglich ist.[6]Anfang der 1990er Jahre haben Professoren und Diplomanden derFachhochschule Bingendiese Bauweise erfolgreich auf dem Prüfstand und in Fahrversuchen erprobt.Johann Puchpatentierte 1900 ein ähnliches Konzept:
- PatentCH21059A:Neuerung an zweicylindrigen Explosionsmotoren..Angemeldet am13. Januar 1900,veröffentlicht am15. Mai 1901,Erfinder: Johann Puch.
(Konstruktionszeichnung für einen Boxermotor, einPleuel,durchgehendeKolbenstangeverbundeneKolben.)
Dreizylinder-Boxermotor
BearbeitenDer englische MotorradherstellerHumber Motorcyclesentwickelte 1913 einen Dreizylinder-Boxermotor mit 750 cm³ Hubraum. Der Motor hatte einen Zylinder mit 78 mm Bohrung und 78 mm Hub, die beiden anderen Zylinder hatten bei gleichem Hub 55 mm Bohrung. Die Kurbelwelle hatte drei Kröpfungen, wobei die Pleuel der kleinen Zylinder links und rechts vom großen Zylinder mit der Kurbelwelle verbunden waren. Die kleinen Zylinder hatten einen gemeinsamenBrennraum.Dieser Motor wurde in einige Autos mit Dreiganggetriebe und Kettenantrieb eingebaut.[7]
Literatur
Bearbeiten- Jan Trommelmans:Das Auto und seine Technik.1. Auflage. Motorbuchverlag, Stuttgart 1992,ISBN 3-613-01288-X.
- Hans Jörg Leyhausen:Die Meisterprüfung im Kfz-Handwerk Teil 1.12. Auflage. Vogel Buchverlag, Würzburg 1991,ISBN 3-8023-0857-3.
- Peter A. Wellers, Hermann Strobel, Erich Auch-Schwelk:Fachkunde Fahrzeugtechnik.5. Auflage. Holland+Josenhans Verlag, Stuttgart 1997,ISBN 3-7782-3520-6.
- Richard van Basshuysen, Fred Schäfer:Handbuch Verbrennungsmotor Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven.3. Auflage. Friedrich Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2005,ISBN 3-528-23933-6.
Weblinks
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Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑Thomas Wasserbäch, Thomas Brandl, Ralf Schmidt:Die Sechszylinder-Boxermotoren im Porsche 911.In:MTZ.Springer Vieweg, Springer Fachmedien, 1. Juli 2019,ISSN0024-8525,S.16–24.
- ↑Diesel-Boxermotor von Subaruauf gelaendewagen.at
- ↑Bestandteil-Verzeichnis für Type Tatra 57.Tatra-Werke Automobil- und Waggonbau A.G., Kopřivnice (Mähren, Tschechoslowakei). 5. Auflage Februar 1936.Abgerufen am 24. Juli 2014.
- ↑Consumer's Guide (Hrsg.):Encyclopedia of American Cars from 1930.Publications International 1993,ISBN 0-7853-0175-5.
- ↑Boxermotoren im Vergleich – Faszination der Flachmotoren,auf auto-motor-und-sport.de, abgerufen am 23. März 2014.
- ↑Informationen zum Inline-Boxermotorauf www.boxermotor.com
- ↑Humber: Motorcycles.Grace's Guide.Chronik (englisch) mit Hinweisen zum Humber Dreizylinder-Boxer (siehe 1913). Abgerufen am 15. Juli 2014.