Wasser Kraft - Porsche

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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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