Wasser Kraft - Porsche

Technik
Wasser Kraft
Wir schreiben das Jahr des Wassers – in dem die Vereinten Nationen den vernünftigen
Umgang mit der lebenswichtigen Flüssigkeit anmahnen. Ein Bewusstsein, das bei den
Motorenbauern längst vorherrscht.
Von Clauspeter Becker (Text) und Markus Leser (Fotos)
Das zu Ende gehende Jahr 2003 trägt einen offiziellen,
von den Vereinten Nationen verliehenen Ehrentitel: Es
ist das Jahr des Wassers. Aber auch über diese zwölf
Monate hinaus sollte die Wirkung der Botschaft anhalten:
Der Mensch soll mehr Verantwortung für das Wasser
tragen, was einen vernünftigen Umgang voraussetzt. Später
mehr darüber, was das fürs Auto bedeutet. Zunächst
einmal gilt es aus gegebenem Anlass, das Grundwissen
etwas aufzufrischen.
Denn das Wasser, diese flüssige Verbindung aus Wasserstoff
und Sauerstoff, die uns so völlig selbstverständlich
ist, hat mehr als diese Würdigung verdient. Wasser ist
ein wesentlicher Bestandteil unseres Planeten; und Wasser
ermöglicht erst die Vielfalt allen Lebens auf unserer
Erde. Der einzigartige Reichtum an Wasser macht die Erde
von anderen Planeten im Sonnensystem unverwechselbar:
Weil zwei Drittel ihrer Oberfläche mit Wasser bedeckt sind,
erscheint die Erde aus großer Ferne als der blaue Planet.
Und es sind ungeheure Wassermassen, die diesen Effekt
erzeugen.
Der gesamte Wasservorrat unserer Erde beträgt
1,4 Milliarden Kubikkilometer und jeder davon fasst eine
Billion Liter. Die absolute Mehrheit davon ist salzig, sie füllt
Ozeane und Meere mit einem Volumen von 1,37 Milliarden
Kubikkilometern. Das für uns und viele andere Lebewesen
genießbare Süßwasser ist mit 30 Millionen Kubikkilometern
oder rund 2,5 Prozent der gesamten Wassermasse eher
knapp eingeschenkt.
Dieser Vorrat an Süßwasser ist zu seinem größten Teil
von 24 Millionen Kubikkilometern fest angelegt in Form von
Eis an den Polen und in den Gletschern der Gebirge. Vier
Millionen Kubikkilometer befinden sich, zum Teil durch
Brunnen erreichbar, im Erdreich und in Felskammern. Alle
Flüsse und Seen zusammen fassen nur 240 000 Kubikkilometer.
Und das ist nur knapp doppelt so viel wie jene
140 000 Kubikkilometer, die permanent als Wolken gasförmig
in der Atmosphäre schweben, um diese Welt nur in
bevorzugten Regionen mit reichlich Regen zu verwöhnen.
Die keineswegs gerechte Verteilung des Süßwassers
auf den Kontinenten dieser Erde hat die UNO bewogen,
das Jahr 2003 vorzugsweise der genießbaren Minderheit
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allen Wassers zu widmen. Also heißt der offizielle Titel
„Year of Fresh Water“. Ermahnt werden sollen damit alle
Menschen, mit der lebenswichtigen Substanz nicht länger
achtlos, sondern vernünftig umzugehen. Es mangelt vorerst
noch nicht weltweit an Wasser, sondern vielfach an
der Einsicht, dieses effektiv anzuwenden. Aber wenn nichts
in dieser Richtung geschieht, werden noch größere Teile
der Menschheit in wenigen Jahrzehnten an Wassermangel
leiden. Die Wasser-Rechnung unserer Erde könnte sehr viel
günstiger aussehen, wenn mehr Verbraucher auch bereit
wären, die Verantwortung für das Wasser und unsere
Zukunft mitzutragen.
Die Wasserkühlung moderner Automobil-Motoren respektiert
den Wert des kostbaren Wassers bereits heute.
Zwar wird dieses bei den Motoren von Porsche meist etwas
reichlicher als anderswo eingefüllt, damit die Triebwerke
bei allen Bedingungen thermisch gesund bleiben. Aber
16 bis 30 Liter Kühlwasser für die Lebenszeit eines Motors
entsprechen etwa der Menge, die ein zivilisierter Mensch
jeden Morgen an Duschwasser braucht.
Natürlich können einer langen Tradition bewusster
Porsche-Freunde all dem entgegenhalten, dass es mit der
guten alten Luftkühlung auch ganz ohne Wasser geht. Doch
wenn man diese Rechnung durch die gleiche ökologisch
grün getönte Brille betrachtet, dann ist ihr Ergebnis am
Ende eher negativ.
Moderne Motoren, die hohe Leistung mit geringem Verbrauch
und minimalem Ausstoß an Schadstoffen verbinden
müssen, brauchen für den raschen und effizienten Gaswechsel
den Aufwand der Ventiltechnik. Vier Ventile pro
Brennraum ändern die Architektur des Zylinderkopfs so
radikal, dass Luftkühlung nur mit einschränkenden Kompromissen
zu verwirklichen ist.
Die in der Praxis erworbene Erfahrung hat Porsche bei
Rennmotoren schon vor 25 Jahren dazu bewogen, durch
den Einsatz einer Wasserkühlung die Vorzüge des Vierventilers
wirklich voll auszuschöpfen. Die schärfste Rennversion
des Porsche 935, wegen seiner fülligen
Karosserieform „Moby Dick“ genannt, bekam 1977/78 als
Erster für den Sechszylinder-Boxer wassergekühlte Zylinderköpfe
noch in der Kombination mit luftgekühlten
Zylindern. Von zwei Turboladern mit zwei bar Druck aufgeladen,
leistete der Motor mit 3,2 Litern Hubraum 1978
in Topform rund 900 PS (662 kW). In kleiner Serie gab es
die gemischte Kühlung ab 1985/86 im Technologieträger
Porsche 959, der mit 450 PS (331 kW) aus 2,85 Litern
für viele Jahre der stärkste für die Straße taugliche Wagen
der Marke ist.
Für Manfred Hochkönig, den Leiter des Thermomanagements
bei Porsche im Entwicklungszentrum Weissach, ist
klar: „Es gibt kein besseres Kühlmedium als Wasser. Dessen
Wärmeleitfähigkeit ist unerreicht. In der Praxis können
wir die gar nicht voll ausnutzen, denn bis zu 50 Prozent
der Kühlflüssigkeit besteht aus Additiven. Die schützen
zwar vor Frostschäden und Korrosion, senken aber die
Wärmeleitfähigkeit.“
Die Vorzüge der Flüssigkeitskühlung (wie die Wasserkühlung
korrekt heißt) rechtfertigen ihren Aufwand, bietet
sie doch die Möglichkeit einer sehr viel freieren Gestaltung
der Kanäle für zügige Beförderung von frischer Ansaugluft
und heißen Abgasen. Des Weiteren lassen sich durch
entsprechende Ausformung der Wassermäntel um die
Zylinder und über den Brennräumen viel ausgeglichenere
thermische Verhältnisse innerhalb des Motors schaffen.
Profitieren dürfen von der neuen Technik zunächst die
jüngeren Motoren im Programm von Porsche. Der Vierzylinder
des Porsche 924 startet 1976 mit Wasserkühlung.
1977 kommt der flüssig gekühlte V8 des Porsche 928 hinzu.
Die Umstellung auf vier Ventile erfolgt 1988 beim
Porsche 944 und 1989 beim 928 S4. Die Zeichen der Zeit
setzte Porsche mit dem TAG-Motor für das McLaren-Team
in der Formel 1. Aus 1,5 Litern Hubraum schöpft der
V6-Motor dank zweier Turbolader bei Bedarf auch mehr
als 1000 PS. Im Rennen reicht für die drei Weltmeister-
Titel in den Jahren 1984 (Niki Lauda), 1985 und 1986
(beide Alain Prost) auch etwas weniger.
Je besser die Techniker die Aerodynamik der Automobile
in den Griff bekommen, desto weniger wiegt ein
überlieferter Vorzug der Luftgekühlten. Die mussten zwar
schon immer Leistung für das Kühlgebläse aufwenden,
aber sie waren nicht verpflichtet, dem Fahrtwind große Eingänge
zu verschaffen, um genügend Luftdurchsatz zu den
Kühlern zu gewinnen. Da diese Bedingung den Luftwiderstand
der Leistungsfähigen unter den Wassergekühlten in
die Höhe trieb, war die Bilanz der Luftgekühlten zunächst
oft günstiger. Aber zunehmende Perfektion bei der Luftführung
zu den Kühlern wendet die Partie im Lauf der Jahre.
Und als Porsche 1996 beim Modellwechsel in der Elferreihe
vom 993 zum 996 von der Luft- auf Wasserkühlung
umstellt, sorgt perfekte Aerodynamik für geringeren Luftwiderstand.
Im Motor aber kann nun das Wasser fließen, wie es
die Luft zuvor niemals konnte. Bei allen nur mit Luft
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Wasser marsch:
Das Wasser sorgt
in modernen
Automotoren für
Kühlung nach Maß
gekühlten Boxermotoren ist die kühlende Brise ganz
unweigerlich von oben nach unten geströmt. Sie hat
dabei zunächst die kühlere Einlassseite umfächelt, um
anschließend schon leicht erwärmt für die Erfrischung
der heißen Auslasspartie zu sorgen. So war beides zwar
hinlänglich kühl zu halten, aber thermisch ausgewogen
konnte das nicht sein.
Die Wasserkühlung darf solche Kompromisse vermeiden.
Hier kann das Kühlmittel in jeder Richtung streben.
Das heißt: Hier gibt es Kühlung ganz perfekt nach Maß.
Die neuen wassergekühlten Porsche-Motoren folgen
diesem Grundsatz im Stile rassereiner Renn-Triebwerke.
Bei allen Sechszylinder-Boxern der Sportwagen, bei den
V8-Motoren des Cayenne und auch beim V10 des Super-
Porsche Carrera GT werden die Zylinderbänke quer und in
zwei Schichten durchströmt. Die obere Schicht, die jeweils
70 Prozent der Wärme abbaut, fließt von der heißen Auslassseite
zur kühleren Einlassseite. Die untere Schicht mit
ihren 30 Prozent Wärmeabbau umflutet in der gleichen
Richtung die Zylinderlaufbuchsen. Und durch eine korrekte
Dosierung beider Ströme herrscht in beiden Etagen das
richtige Betriebsklima. Auch alle Brennräume und sämtliche
Zylinder genießen ein völlig ausgeglichenes Temperaturniveau,
und so geordnete Verhältnisse sind nicht allein
für Leistung, Verbrauch und Abgasbilanz sehr vorteilhaft.
„Ein thermisch ausgeglichener Motor hat beste Aussichten
auf deutlich höhere Laufleistungen“, sagt Manfred
Hochkönig.
Aber die Vorzüge des kühlenden Wassers reichen noch
viel weiter. Bekanntlich hängt das thermische und mechanische
Wohlbefinden eines Motors auch entscheidend von
der Temperatur seines Öls ab, das weder zu kalt noch zu
warm sein soll. Die Flüssigkeitskühlung mit ihren Wasser/
Öl-Wärmetauschern korrigiert bei den aktuellen Porsche-
Motoren die Temperatur an beiden Enden der Skala. Kurz
nach dem Start, wenn das Kühlwasser dank Thermostat
seine Betriebstemperatur rasch erreicht, wärmt es das Öl
an und macht es geschmeidig für die schmierende Pflicht.
Überschreitet das Öl die Temperatur im Kühlkreislauf,
greift das Wasser auch hier kühlend ein.
Seine intensiv kühlende Wirkung erreicht das Wasser in
seinem geschlossenen System unter einem Druck, denn
der macht eine Temperatur deutlich über dem Siedepunkt
bei 120 Grad möglich. Dieser höhere Wert ist dem
zügigen Abfluss der Wärme an die weit kühlere Außenluft
dienlich.
Aber das heiße Klima im Kühlkreislauf kommt auch
den Insassen eines der jüngeren Porsche-Generationen
zugute. Mit heißem Wasser funktioniert die Heizung wirksamer
und besser dosierbar, in der maßvollen Räumlichkeit
der Sportwagen ebenso komfortabel wie im großzügigeren
Ambiente eines Cayenne.
Der Herausforderung des Jahres 2003 kann sich die
Flüssigkeitskühlung selbstbewusst stellen. Denn sie ist ein
Beispiel für den vernünftigen Umgang mit dem Wasser,
den die Vereinten Nationen mit gutem Recht fordern.
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