De verbrandingsmotor zou een nieuwe fase van de industriële revolutie inluiden. Stoommachines hadden de industrialisatie op gang gebracht, maar hadden ook een belangrijke beperking, namelijk hun fikse afmeting. Stoommachines en turbines waren alleen lonend in grote fabrieken of bruikbaar voor zware transportmiddelen als de trein en het stoomschip. De behoefte aan een kleinschalige vorm van aandrijving werd daarom steeds groter. Daarmee konden ook kleinere bedrijven industrialiseren en werden voertuigen voor individuelere vormen van transport mogelijk.
Eigenlijk was het principe achter de verbrandingsmotor al langer bekend. De oudste tot dusver teruggevonden vermelding stamt zelfs uit 1206 en staat in het 'Boek van kennis van ingenieuze mechanische apparaten' geschreven door de Arabische uitvinder Al-Jazari. Tijdens de Renaissance ontwierpen zowel Leonardo da Vinci als Christiaan Huygens een motor die werkte op buskruit. Ook de minder bekende Samuel Morland heeft zich veel met dit principe beziggehouden. Geen van deze wetenschappers kwam echter tot de bouw van een werkende motor.
De Zwitserse uitvinder François Isaac de Rivaz kwam in 1806 wél tot een motor die werkte. Als brandstof gebruikte hij een mengsel van waterstof en zuurstof. Een jaar later had hij om zijn motor al een houten auto gebouwd.
In 1858 zette de Belgische uitvinder Étienne Lenoir (1822-1900) een volgende stap. Hij vond een zogeheten tweetaktmotor uit. Dat werd mogelijk doordat hij ook de bougie uitvond, het mechanisme dat in verbrandingsmotoren wordt gebruikt om de brandstof te ontsteken. In deze motor werd het principe van de stoommachine gecombineerd met door een bougie ontstoken brandstof. Tijdens de eerste helft van de eerste 'slag' werd een mengsel van 6% stadsgas en 94% lucht aangezogen. Halverwege de eerste slag werd dit niet gecomprimeerde mengsel met de bougie in brand gestoken. Daarop zette het brandende gasmengsel uit en duwde een zuiger met grote druk verder, welke dan weer een mechanisme in werking zette.
Niet veel later zetten anderen koers namelijk al koers naar de viertaktmotor, welke alles zou veranderen. Dat begon in 1862 toen de Franse ingenieur Alphonse Beau de Rochas als eerste het principe achter een viertaktmotor beschreef. Hierbij werd een mengsel van brandstof en lucht gecomprimeerd voordat het werd aangestoken.
Lees ook: Koop een auto in Duitsland
Nikolaus August Otto en de Ottomotor
Tegelijkertijd maar onafhankelijk van De Rochas ontwikkelde de Duitse pionier Nikolaus August Otto (1832-1891) een op die van Lenoir geïnspireerde motor die werd aangedreven door gasoline. In 1867 bouwden Otto en Langen een atmosferische gasmotor, de flugkolbenmotor. Dit was een voorloper van de uiteindelijke viertaktmotor. In deze motor wordt door de ontploffingsenergie een zuiger omhoog geslingerd. Als deze weer naar beneden komt, drijft hij een tandrad aan dat de energie overdraagt op een as.
In 1876 bereikt Otto tenslotte de definitieve doorbraak. Toen kwam hij tot de viertaktmotor die het prototype zou worden voor alle latere verbrandingsmotoren. Deze kwam bekend te staan als de ottomotor.
OTTO CYCLUS | Eenvoudige animatie
Eigenlijk wilde Otto vooral een geschikte aandrijving ontwerpen voor machines voor kleine bedrijven. Hij maakte zich zorgen over hoe kleine bedrijven door de mechanisatie van grote fabrieken van de markt werd verdrongen. Hij wilde deze mensen met zijn motor een nieuwe kans geven. Om deze reden is de ottomotor ontworpen voor louter stationair gebruik. Dat had gevolgen voor de zuiger die daardoor heen en weer gaande bewegingen maakte.
De term 'viertaktmotor' verwijst naar de vier draaibewegingen die worden gemaakt om de motor te doen werken. De energie komt van de verbranding van een hoogenergetisch mengsel van brandstof en lucht. Binnen de vier draaibewegingen wordt de verbrandingscyclus afgewisseld met een reinigings- of spoelcyclus waarin de afgewerkte gassen uit de cilinder worden geperst.
De inlaatslag. Er gaat een inlaatklep open, de zuiger gaat naar beneden gaat en een brandstof-lucht mengsel (bij diesel alleen lucht) wordt de cilinder in gezogen.
Lees ook: Droomauto importeren
De uitlaatslag. De uitlaatklep gaat open en uitlaatgassen worden uit de cilinder gedreven.
Gottlieb Daimler en de motorfiets
Gottlieb Daimler (1934-1900) was technisch directeur bij de fabriek van Otto in Deutz. In die functie hield hij zich bezig met het verder ontwikkelen van de viertaktmotor. In 1883 kreeg hij in die hoedanigheid een patent op de allereerste benzinemotor. In tegenstelling tot zijn baas interesseerde Daimler zich namelijk wel voor de mogelijkheden die zijn motor bood op het gebied van vervoer. In hoge mate zelfs en dat zou hem geen windeieren leggen. In 1885 bouwde hij de motor als eerste in bij een tweewieler, waardoor hij telt als de uitvinder van de motorfiets. Daarna bevestigde hij zijn motor in een boot en tenslotte in een koets. Zo werd hij bovendien uitvinder van de automobiel.
Rudolf Diesel en de dieselmotor
Otto en Daimler waren niet bepaald de enigen met ideeën voor efficiëntere motoren. Ook Rudolf Diesel (1858-1913), een in Parijs geboren en getogen, maar in München afgestudeerde Duitse werktuigbouwkundige was erdoor gefascineerd. Hij wilde graag een verbrandingsmotor bouwen waarbij er geen vonk nodig was om te brandstof te ontsteken en dus ook geen bougies of ander ontstekingsmechanisme. Al in 1882 ging hij met dat idee aan de slag en deed hij veel experimenten. Bijna tien jaar later koste zijn droom hem bijna het leven, toen een prototype in zijn nabijheid ontplofte.
Helaas was de motor zelf nog niet klaar voor gebruik. Pas in 1894 wist een drie meter hoog prototype het een minuutje vol te houden. Bij deze verbrandingsmotor wordt de lucht in de cilinder door de zuiger samengedrukt. Wanneer de zuiger zijn hoogste stand heeft bereikt, wordt de brandstof ingespoten met behulp van gecomprimeerde lucht. Dit systeem was zuiniger dan de benzinemotor, omdat de de lucht zo veel meer wordt comprimeert voordat de brandstof in de kamer wordt geïnjecteerd. Bij een benzinemotor is die verhouding 10:1, bij een dieselmotor 25:1.
Het voordeel hiervan werd aanvankelijk vooral gemerkt bij de aandrijving van wat grotere en zwaardere machines, omdat dieselmotoren geen kleine jongens waren. De motor kon ook alleen maar stationair draaien en veroorzaakte veel trillingen en lawaai. Medewerkers van Diesels bedrijf bleven echter aan verbeteringen sleutelen, waardoor de motor vanaf 1912 ook in schepen en treinen kon worden gebruikt. Ook het vinden van de juiste brandstof heeft nog even geduurd. Aanvankelijk bleek de motor het beste te lopen op petroleum.
Lees ook: Volkswagen: een historisch overzicht
Zowel Otto als Diesel hadden motoren op de markt gebracht die de industrialisatie van kleinere bedrijven vooruit hielp. Dat was niet voor niks, want hun inspanningen brachten het gewenste effect teweeg. Een soort van tweede industriële revolutie brak aan, dit keer onder kleinschaliger fabrieken. Ook de transportrevolutie ging echter een nieuwe fase in door de verbrandingsmotor, want het gemotoriseerd vervoer kwam nu van de grond. Dat betekende dat er voor het eerst individueel of kleinschalig wegtransport mogelijk werd zonder dat de energie daarvoor geleverd hoefde te worden door mens of lastdier. Daardoor kon persoonlijk vervoer in toenemende mate een stuk sneller, maar ook comfortabeler plaatsvinden dan voorheen.
Duitse innovatie: Een overzicht
Duitsland heeft een indrukwekkende geschiedenis van innovatie. Van de boekdrukpers tot quantumtheorie, dieselmotor en rakettechniek: Duitse uitvindingen bepalen nog altijd hoe we lezen, reizen, genezen en communiceren.
Hieronder een tabel met enkele belangrijke Duitse uitvindingen:
| Uitvinding | Uitvinder | Jaar |
|---|---|---|
| Boekdrukkunst | Johannes Gutenberg | ca. 1440 |
| Auto | Karl Benz | 1885 |
| Aspirine | Felix Hoffmann (voor Bayer) | 1897 |
| V-2-raket | Wernher von Braun | 1942 |
| Kwantumtheorie | Max Planck | 1900 |
| Dieselmotor | Rudolf Diesel | 1893 |
| Röntgenstraling | Wilhelm Röntgen | 1895 |
Karl Benz: De pionier van de automobiel
Karl Benz werd op 25 november 1844 geboren als zoon van een treinmachinist in Karlsruhe. Zijn vader stierf al twee jaar na de geboorte van Karl. Ondanks de beperkte financiële middelen gaf de moeder haar zoon een goede opvoeding. Karl Benz bezocht het gymnasium en studeerde vervolgens aan de Polytechnische Hogeschool in Karlsruhe.
Na de studie volgde een stage van twee jaar bij de Maschinenbau-Gesellschaft in Karlsruhe. Karl Benz startte zijn loopbaan als tekenaar en ontwerper bij een weegschaalfabriek in Mannheim. Toen hij die baan in 1868 verloor, ging hij aan de slag in een machinefabriek die vooral bruggen bouwde. Na deze betrekking volgde een kort intermezzo in Wenen, eveneens in een metaalconstructiebedrijf.
In 1871 richtte Karl Benz samen met "mecanicien" August Ritter zijn eerste firma op in Mannheim. Toen bleek dat Ritter geen betrouwbare partner was, kocht Karl Benz hem uit met de bruidsschat van zijn bruid Bertha Ringer en kwam zo alleen aan het hoofd van het bedrijf. In 1872 trouwde Karl Benz met Bertha Ringer. Bertha Benz had een beslissende invloed op het latere succes van de jonge ondernemer. Zij maakte de eerste verre autorit ter wereld en ging daarmee de geschiedenis in als de eerste automobiliste. Karl en Bertha Benz hadden vijf kinderen.
Aanvankelijk liepen de zaken van Karl Benz heel slecht. In zijn "IJzergieterij en mechanische werkplaats", later ook "Fabriek voor plaatbewerkingsmachines" genoemd, werd zelfs beslag gelegd op machines. Om een nieuwe bestaansbasis te vinden, hield Karl Benz zich in die tijd intensief bezig met tweetaktmotoren. Na een ontwikkelingstijd van twee jaar liep de eerste motor in 1879 voor het eerst naar voldoening. Deze motor was gebouwd volgens het tweetaktprincipe, want het patent voor de viertaktmotor was in 1877 al aan de Gasmotorenfabriek in Deutz uitgereikt.
Met nieuwe geldschieters en vennoten en met de steun van de bank vormde het echtpaar Benz de onderneming in 1882 om tot een aandelenvennootschap en noemde het bedrijf "Gasmotoren-Fabrik Mannheim". Karl Benz had echter een aandeel van slechts 5 procent in de onderneming. Toen de vennoten invloed trachtten uit te oefenen op zijn ontwerpen, verliet Karl Benz de jonge onderneming alweer in 1883.
Benz kreeg nog in hetzelfde jaar financiële steun van de zakenmensen Max Rose en Friedrich Wilhelm Esslinger, die in oktober 1883 nog samen met Benz de firma "Benz & Co. Rheinische Gasmotoren-Fabrik" hadden opgericht. Het personeelsbestand werd al snel uitgebreid tot 25 en er werden zelfs licenties voor de bouw van gasmotoren uitgereikt. Benz wijdde zich nu ongestoord aan de ontwikkeling van zijn automotor.
Nu hij geen financiële zorgen meer had, begon hij met de bouw van een in zijn geheel ontworpen voertuig waarin zijn viertaktmotor was gemonteerd. Zijn concurrent Daimler bouwde zijn eerste motor daarentegen in een koets in. Door de voortdurend toenemende vraag naar stationaire motoren was de "Benz & Co. Rheinische Gasmotoren-Fabrik" genoodzaakt om naar een groter fabrieksgebouw te verhuizen. In 1890 werd de "Rheinische Gasmotoren-Fabrik" door de komst van de nieuwe vennoten Friedrich von Fischer en Julius Ganß de op één na grootste motorenfabriek van Duitsland.
De doorbraak tot de grotere verkoopcijfers voor "Benz & Co." kwam er met de "Velo". Een goedkope, lichte auto, die in de periode van 1894 tot 1901 werd geproduceerd. Deze auto wordt met een totale productie van ong. "Benz & Co." groeide aan het eind van de 19de eeuw uit tot een wereldwijd toonaangevende autoconstructeur.
In 1899 werd de firma omgevormd tot een naamloze vennootschap. Naast Karl Benz werd Julius Ganß als directielid commercieel directeur. Van 1890 tot 1899 steeg het personeelsbestand in de autobouw van 50 tot 430 arbeiders. Op 24 januari 1903 beëindigde Karl Benz zijn activiteiten in de firma, maar trad hij tot de raad van toezicht toe.
In 1906 richtte Karl Benz de firma "Carl Benz Söhne" op in Ladenburg, met Karl Benz en zijn zoon Eugen als eigenaar. Nadat de productie van zuigmotoren op gas in het nieuwe bedrijf was mislukt, concentreerden ze zich op de bouw van auto's. In de eerste 25 jaar van de 20ste eeuw werden ong. 350 "Carl Benz Söhne"-voertuigen gefabriceerd. De familie was intussen naar Ladenburg verhuisd. In 1912 verliet Karl Benz de onderneming als vennoot en liet hij de leiding over aan zijn zonen Eugen en Richard.
Gottlieb Daimler maakte de vooruitgang van zijn uitvinding niet meer mee, hij stierf al in 1900. Karl Benz volgde de hoge vlucht van gemotoriseerd vervoer wel en beleefde nog de uiteindelijke doorbraak van zijn idee. Hij stierf op 4 april 1929 in zijn huis in Ladenburg.
Het Karl-Benz huis
Op 21 juni 1905 kocht het echtpaar Benz het huis op het Ladenburgse perceel nr. 4180, slechts een paar stappen verwijderd van de Neckar, voor 48.500 goudmark. Hier woonde Karl Benz tot aan zijn dood op 4 april 1929, zijn vrouw Bertha Benz tot haar dood op 5 mei 1944. In het bijbehorende park liet Karl Benz de vermoedelijk eerste garage ter wereld in de stijl van een verdedigingstoren bouwen. Daar bracht hij zijn Benz "Victoria" onder en verrichtte hij in de torenkamer ongestoord zijn ingenieurswerk.
Automuseum Carl Benz
Het automuseum Dr. Carl Benz werd in 1996 dankzij een privé-initiatief opgericht. Meer dan 70 tentoongestelde voertuigen en talrijke museumstukken belichten het leven van Karl Benz en tonen het belang van de uitvinding van de auto voor de geschiedenis van de mobiliteit van het prille begin tot nu. In die tijd zal menigeen verbaasd hebben opgekeken toen in 1908 uit de eigenlijk als motorenfabriek opgevatte manufactuur de eerste auto's van het merk "C. Benz Söhne" naar buiten reden.
Dit centrum van de mobiliteit is nu gelukkig weer in zijn oude glans hersteld: als kostbaar gerestaureerd industrieel monument en automuseum. Daarbij is het niet alleen de historische fabriekshal zelf die de bezoeker fascineert: blikvangers zoals de laatste twee in Ladenburg gebouwde voertuigen van het merk "C. Benz Söhne" en biografische expositiestukken over het leven van Karl Benz, zoals zijn oude werkkamer, brengen de geschiedenis weer tot leven.
Bertha Benz: Een cruciale steunpilaar
Bertha Ringer werd op 3 mei 1849 in Pforzheim geboren en trouwde op 20 juli 1872 op de leeftijd van 23 jaar met Karl Benz. Vaak hebben gedreven vrouwen in grote mate bijgedragen tot het welslagen van het levenswerk van hun beroemde echtgenoot. Een van hen is ongetwijfeld Bertha Benz, de vastberaden levenspartner van Karl Benz. Zonder haar sterke wil en het onwankelbare geloof in het succes van haar man had de firma "Benz & Cie." vermoedelijk nooit bestaan.
Bertha Benz gaf haar man alle nodige steun die de geniale uitvinder en ontwerper deed doorzetten in moeilijke perioden van tegenslag en twijfel aan de juistheid van zijn werk. Dankzij haar onwankelbaar optimisme en het vermogen om moeilijke situaties juist in te schatten vond hij altijd weer een uitweg.
Nog tijdens hun verloving, toen de economische situatie van Karl Benz door de schuld van zijn vennoot August Ritter haast uitzichtloos was geworden, nam zij vastberaden een onzelfzuchtige, maar voor Karl Benz echter levensbelangrijke beslissing: Bertha Benz twijfelde niet lang en liet zich haar bruidsschat voortijdig uitbetalen. Dankzij het onwankelbare vertrouwen van Bertha Benz in haar man en zijn uitvinding zette Karl Benz zijn werk ondanks de opeenvolgende tegenslagen voort.
Op 29 januari 1886 was het dan zover: Karl Benz vroeg een octrooi aan voor zijn driewielig "voertuig met gasmotoraandrijving". In dit succes, dat voor de gehele mobiliteit van groot belang was, had Bertha Benz een wezenlijk aandeel. Octrooischrift DRP 37435 wordt nu als de geboorteakte van de auto beschouwd.
Karl Benz bouwde nog andere, hier en daar verbeterde varianten van zijn Patent Motorwagen. Maar hoewel de uitvinding overwegend enthousiast door het publiek werd ontvangen, bleef het verhoopte economische succes uit. Opnieuw werd Benz door sombere twijfels overmand. En alweer bracht zijn vrouw een oplossing aan. Zij zag in dat de mensen nog wantrouwig stonden tegenover de deugdelijkheid en dus ook de betrouwbaarheid van de "door geheimzinnige krachten" voortbewogen rijmachine.
Bertha Benz had hier ook een antwoord op: de eerste propagandatournee. Zelfverzekerd nam Bertha Benz de stuurkruk van de "Patent Motorwagen" zelf in de hand. Bij valavond bereikten de drie avonturiers behouden hun bestemming. Met een telegram lieten ze Karl Benz weten dat de eerste langeafstandsrit met zijn motorwagen succesvol was verlopen. Het nieuws over de toen sensationele prestatie ging rond als een lopend vuurtje.
Het ritje van Bertha was uitstekende pr voor de Motorwagen van Benz. De kritiek op het voertuig zonder paard verstomde, en korte tijd later ontving Benz een gouden medaille voor zijn baanbrekende motorvoertuig op een technische tentoonstelling in München. Rond 1900 was Benz & Cie. een van de grootste autoproducenten ter wereld en verkocht het bedrijf ruim 1250 auto’s. Na de eeuwwisseling reden er meer dan 2000 Benz-auto’s rond in onder meer Engeland, Zuid-Afrika en Singapore.
Drie jaar voor de dood van Carl Benz in 1929 fuseerde Benz & Cie. met de fabriek van Gottlieb Daimler. Samen maakten de autogiganten een van de bekendste en gerenommeerdste merken ter wereld: Mercedes-Benz.
Gottlieb Daimler: Van werktuigbouwkunde tot automobielpionier
Gottlieb Daimler werd op 17 maart 1834 in Schorndorf geboren. Behalve de Latijnse school volgde hij 's zondags ook tekenles. In 1848 ging Gottlieb Daimler in Schorndorf, vermoedelijk bij baas Wilke, in de leer als geweermaker. In 1852 sloot hij deze opleiding af met zijn eindwerkstuk, een tweeloops pistool.
Na een verblijf in Frankrijk, waar Daimler praktische ervaring in de machinebouw opdeed, ging hij van 1857 tot 1859 naar de Polytechnische School in Stuttgart. Na verschillende technische functies in Frankrijk en Engeland ging hij in 1862 aan de slag als tekenaar in Geislingen. Eind 1863 werd hij werkplaatsinspecteur van de machinefabriek van het "Bruderhaus" in Reutlingen, waar hij in 1865 Wilhelm Maybach leerde kennen.
Op 9 november 1867 trouwde hij met Emma Kurtz uit Maulbronn. In 1869 verliet hij Reutlingen en werd hij werkplaatsleider in de Maschinenbau-Gesellschaft Karlsruhe. Drie jaar later ging hij bij Otto und Langen werken als technisch directeur in de Gasmotorenfabrik Deutz, waar hij het viertaktprincipe van Otto leerde kennen. Na meningsverschillen met de directie verliet hij de Gasmotorenfabrik in het midden van 1882.
In 1882 kocht Daimler voor 75.000 goudmark een villa in de Taubenheim Straße in Cannstatt. In de grote tuin van de villa stond een serre, die hij rondom met een bakstenen bouwwerk liet vergroten om er een proefatelier in te richten. Het fundamentele uitgangspunt van Gottlieb Daimler was uitsluitend benzine als brandstof voor motoren te gebruiken, en die motoren in alle denkbare voertuigen - te land, te water en in de lucht - te monteren.
Als werkprocédé voor de motoren dacht hij natuurlijk aan het viertaktprocedé van Otto, waarmee door het gecompliceerde ontstekingsmechanisme echter geen hoge toerentallen mogelijk waren. Na intensieve tests nam Daimler een patent op een ongekoelde, warmtegeïsoleerde motor met ongestuurde gloeibuisontsteking. Dit patent met nummer DRP 28022 was een meesterwerk in de formuleerkunst, omdat het strikt genomen overeenkwam met het viertaktprincipe van Otto.
Rudolf Diesel: De tragische uitvinder van de dieselmotor
Op 29 september 1913 blijkt bij aankomst in Harwich dat Rudolf Diesel zich niet meer aan boord bevindt van ss Dresden. Het schip van de Great Western Railway Company op de lijndienst Harwich- Antwerpen. Diesel staat te boek als de uitvinder van de dieselmotor. Weliswaar waren er rond 1885 constructeurs die experimenteerden met het tot ontbranding laten komen van poeders, vloeistoffen en dampen in een cilinder met een heen en weer gaande zuiger.
Op 27 februari 1892 vroeg Rudolf Diesel het Duitse patent aan op het concept van zelfontbranding van ingespoten brandstof in hete lucht als resultaat van compressie. Rudolf Diesel ontwikkelde het concept van de dieselmotor in 1892, de eerste werkende motor werd in 1897 gebouwd in de Augsburg Maschinenfabrik. Deze verticale éencilinder dieselmotor met een gewicht van 5000 kilogram had een vliegwiel met een diameter van 3 meter en had een vermogen van 20 Pk bij 172 omwentelingen per minuut.
Rudolf Christian Karl Diesel werd geboren op 18 maart 1858 in Parijs geboren. Weliswaar in Frankrijk maar bij Duitse ouders. Het idee ontstond rond 1885, toen Diesel zich verdiepte in het verband tussen druk en temperatuur in een damp. Bij de compressie van een hoeveelheid lucht in een afgesloten ruimte neemt de temperatuur evenredig toe. In 1892 was het concept zover proefondervindelijk uitgewerkt dat er door Diesel octrooi werd aangevraagd.
De eerste experimentele dieselmotoren liepen op plantaardige oliën. Daaropvolgend bleken ook aardolieproducten te voldoen. Een verbrandingsmotor volgens het concept van Diesel berust op twee voorwaarden. Om te beginnen het bereiken van een zodanige luchttemperatuur creëren zodat dat ingebrachte brandstof tot ontbranding komt. De tweede voorwaarde is de brandstof zodanig gedoceerd en verfijnd op het juiste tijdstip aan de gecomprimeerde lucht toe te voegen. De oplossing werd gevonden in het concept van een hogedruk brandstofpomp en een gereguleerd openende injectieklep.
Wat Rudolf Diesel zelf betreft: de door Diesel aangevraagde patenten, investeringen en beleggingen brachten hem zowel winst als verlies. De stoommachine en stoomturbine waren destijds zodanig doorontwikkeld dat deze inmiddels betrouwbaar werden geacht, toegepast in landbouwwerktuigen, fabrieken, op het spoor en in de scheepvaart. Uiteindelijk laat Rudolf Diesel de wereld achter met vragen. Op 29 september 1913 blijkt Diesel zich niet meer aan boord van stoomschip Dresden te bevinden, varende op de veerdienst Harwich - Antwerpen. Bij aankomst in Harwich blijkt Diesel niet meer aan boord.