Boxermotor

Vierzylinder-Boxermotor für Flugzeuganwendung

Gegenüberliegendes Kolbenpaar in einem Boxermotor

Boxer (rechts) im Gegensatz zum V-180°, Prinzipskizze

Der Boxermotor ist eine Bauform des Verbrennungsmotors mit einer stets geraden Zylinderzahl, die vorwiegend als Viertaktmotor ausgeführt wird. Die Zylinder oder Zylinderbänke sind dabei einander gegenüberliegend (Bankwinkel 180°) und etwas versetzt zueinander angeordnet (siehe Abbildung). Der Unterschied zum 180°-V-Motor liegt in der Anordnung der Pleuel auf der Kurbelwelle: Bei Boxermotoren sind die Pleuel von einander gegenüberliegenden Zylindern einzeln auf um 180° zueinander versetzten Hubzapfen angeordnet. Bei Vierzylindern sind die Kröpfungspaare 180° versetzt, bei Sechszylindern um 120°. Die Kolben dieser Zylinder befinden sich stets im gleichen Hub. Beim V-Motor teilen sich jeweils zwei Pleuel einen Hubzapfen, das bedeutet beim 180°-V-Motor, wenn sich der eine Kolben im oberen Totpunkt (OT) befindet, ist der andere im unteren Totpunkt (UT).

Technisch betrachtet ist der Boxermotor eine Sonderform des V-Motors, mit einem Bankwinkel von 180° sowie einem Kurbelwellenkröpfungsversatz von 180°. Nur als solcher wird der Motor als Boxermotor und nicht als V-Motor bezeichnet, obgleich umgangssprachlich auch verschiedene 180°-V-Motoren als Boxermotor bezeichnet werden (z. B. Ferrari Berlinetta Boxer oder Testarossa). Auch der Motor der Zündapp KS 750 mit einem Zylinderwinkel von 170° wird unzutreffenderweise als Boxermotor bezeichnet.

Geschichte

Erfunden wurde der Boxermotor von Carl Benz im Jahre 1896. Er nannte ihn „Contra-Motor“, da sich die beiden Zylinder gegenüber befanden, und wurde erstmals 1897 in das Modell „Dos à Dos“ der Benzwerke eingebaut.

Vor- und Nachteile

Die Vorteile dieser Anordnung gegenüber der eines konventionellen Reihenmotors sind u. a. ein gleichmäßigerer Motorlauf und eine flache, kurze Bauweise, bei allerdings mehr Bauteilen. Zudem ist z. B. bei einem Vierzylinder-Boxermotor eine dreifach gelagerte Kurbelwelle (gegenüber Fünffachlagerung) wegen der kurzen Bauweise und des günstigeren Kraftflusses ausreichend, da weniger mechanische Beanspruchungen wie z. B. Spannungen oder Schwingungen auftreten. Durch die verhältnismäßig kurze Kurbelwelle sowie das Fehlen der bei Reihen- und V-Motoren mitunter nötigen Ausgleichswelle sind die rotierenden Massen gering, was sich in einer geringeren Trägheit des Motors auswirkt. Die luftgekühlte Variante eines solchen Motors war bei Fahrzeug-Konstrukteuren sehr beliebt, da sich mehr Zylinder im direkten Luftstrom befanden. Auch der VW Käfer und der Citroën 2CV sind mit einem Boxermotor ausgestattet. Moderne wassergekühlte Boxer-Motoren mit vier oder sechs Zylindern fließen bei Subaru in die Gesamtkonzeption des Allrad-Antriebs ein, und sie sind nach wie vor in vielen aktuellen Porsche-Modellen eingesetzt. Die Bauweise trägt zu einem tiefen Schwerpunkt des Fahrzeugs bei.

Der wohl größte Nachteil des Boxermotors liegt aus Sicht der Fertigungstechnik im höheren Material- und Werkzeugeinsatz, der sich im Vergleich zum Reihenmotor bei der Serienfertigung deutlich in Mehrkosten niederschlägt. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass Boxermotoren sich wegen ihrer großen Baubreite schlecht für den Quereinbau eignen.

Verwendung von Boxermotoren bei Volkswagen

Der meistgebaute Boxermotor weltweit ist der luftgekühlte Vierzylinder von Volkswagen, der in den 1930er-Jahren für den VW Käfer entwickelt und in verschiedenen Varianten bis Mitte der 1970er-Jahre in vielen Modellen verwendet wurde. Die Produktion dieser Motoren endete 2003 zusammen mit der Herstellung des VW Käfer bei Volkswagen de Mexico. Der Motor wird in den meisten Trikes bis heute (2007) verwendet.

Der VW-Bus T2 (in Deutschland von 1967 bis 1979 gebaut) war in Brasilien mit luftgekühltem Boxermotor bis zum Jahresende 2005 in Produktion. Die aktuelle Fertigung wurde auf wassergekühlte Motoren umgestellt.

Ab Ende 1982 wurden in Deutschland in den VW-Bus T3 neben den bewährten luftgekühlten Motoren auch wassergekühlte Varianten („Wasserboxer“, WBX) eingebaut. Die leistungsstärksten waren bereits mit einer elektronischen Zündung und Benzineinspritzung ausgestattet (Digifant mit Kat und 95 PS bzw. Digijet ohne Kat und 112 PS). Wegen der aufwendigen Führung der Wasserrohre zwischen den beiden Zylinderköpfen und der Verbindung zum Frontkühler waren diese Wagen jedoch störungsanfälliger als ihre luftgekühlten Vorgänger. Deshalb wurde 1992 – zwei Jahre nach Einführung des frontgetriebenen VW-Bus T4 – die Produktion der VW-Boxermotoren in Deutschland nach über 50 Jahren eingestellt.

Verwendung von Boxermotoren bei anderen Fahrzeugherstellern

Zweitakt-Boxermotor im Sima-Violet-Rennwagen um 1923/24

BMW-RS-54-Rennmotor im Gespann von Deubel/Hörner

Honda Gold Wing 1800a

Der tschechische Automobilhersteller Tatra baute luftgekühlte Zwei- und Vierzylindermotoren für Pkw. Sie wurden allgemein als Boxer bezeichnet, die Vierzylinder waren aber 180°-V-Motoren^[1] . Der Citroën 2CV („Ente") und dessen verwandte Modelle hatten einen luftgekühlten Zweizylinder-Boxer. Dies gilt auch für die niederländischen Pkw DAF 600 und 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 im Motorsport erzielten, sowie der Geländewagen Haflinger waren mit luftgekühlten Zweizylinder-Boxermotoren ausgerüstet, ebenso die Fahrzeuge des französischen Herstellers Panhard, die aus einem Einliter-Zweizylinder-Boxermotor bis zu 70 PS schöpften. Der Citroën GS hatte einen modernen luftgekühlten Vierzylinder mit obenliegenden Nockenwellen. Bekannt sind die Motoren mit vier und sechs Zylindern von Porsche aus den Baumustern 356 und 911 (letzterer bis 1998 luftgekühlt) . Der US-amerikanische Chevrolet Corvair hatte einen Sechszylinder-Boxermotor im Heck, anfangs mit 2300 cm³ Hubraum, später mit 2400 und 2700 cm³. Vom 2,4 Liter und 2,7 Liter Triebwerk gab es Turbo-Versionen; die letzte davon leistete mit 2,9 Liter-Motor bis zu 132 kW(180 PS).^[2] Alfa Romeo verwendete Boxer-Motoren von Anfang der 1970er Jahre bis Ende der 1990er in seinen Modellen Alfasud, 33, Arna, 145 und 146. Lancia verwendete wassergekühlte Vierzylinder-Boxermotoren von 1960 bis 1984 in den Frontantriebsfahrzeugen Lancia Flavia, Lancia 2000 und Lancia Gamma, eine Gesamtproduktion von über 110.000 Pkw.

Weitere Fahrzeughersteller experimentierten mit Boxermotoren und setzten sie teilweise auch ein. Heute werden (wassergekühlte) Boxermotoren erfolgreich von Porsche und Subaru eingesetzt. Die Subaru-Boxer wurden auch beim Subaru-Derivat Saab 9-2X verwendet. Subaru baut seit 2008 den ersten Pkw-Dieselboxer mit Direkteinspritzung und Turboaufladung.^[3]

Auch Achtzylinder- und Zwölfzylinder-Boxermotoren wurden realisiert, meist jedoch nur für Rennzwecke. In der Regel handelt es sich bei diesen Motoren jedoch um keine echten Boxermotoren, sondern um 180° V-Motoren.

BMW ist für seine Motorräder mit luftgekühlten Zweizylinderboxermotoren bekannt. Die Bayerischen Motorenwerke waren allerdings nicht die ersten, die einen Boxermotor für Motorräder bauten. Der erste BMW-Motorrad-Boxermotor war ein Einbaumotor für die Victoria-Werke in Nürnberg und orientierte sich stark am Vorbild der englischen Douglas. Der 750er BMW-Boxermotor (Seitenventiler) der von 1938 bis 1941 gebauten BMW R 71 wird bis heute vom chinesischen Hersteller Chang-Jiang mit wenigen Veränderungen nachgebaut. Auch die russischen Motorradmarken Dnepr und Ural sind mit 2-Zylinder-Boxermotoren ausgerüstet, die auf dem Motor der BMW R 71 und ihrer Nachfolgemodelle basieren. Besonders als Motorradgespanne sind sie in Deutschland bekannt und dank ihres vor einigen Jahren noch bemerkenswert günstigen Preises und ihrer Wartungsfreundlichkeit verbreitet.

Im Zweiten Weltkrieg stellte Zündapp das Gespann KS 750 mit 2-Zylinder-Viertaktmotor her, dessen Zylinder in 170-Grad-Stellung angeordnet sind. Obwohl jeder Kolben seinen eigenen Hubzapfen hat, handelt es sich dabei um einen V-Motor; weil dieser jedoch fast so flach wie ein Boxermotor ist, wird er oft - fachlich falsch - als solcher bezeichnet. Nach dem Kriege baute Zündapp den legendären „grünen Elefanten“ KS 601 mit 2-Zylinder-Boxermotor.

Ebenso wurde im Zweiten Weltkrieg die Entwicklung eines Zweitakt-Zweizylinder-Boxermotor bei DKW begonnen. Nach dem Krieg liefen diese 350cm³-Motoren mit 15 (später 17) PS in gespannfähigen Motorrädern zunächst unter dem Namen IFA BK 350, später dann als MZ BK 350 bis 1959 vom Band.

Im Motorradbau gibt es weitere Beispiele für die Verwendung von Boxermotoren. In der Honda GoldWing wurde zunächst ein wassergekühlter Vierzylinder-Boxermotor, später ein Sechszylinder-Boxer verwendet.

Auch im Motorsport und als Industriemotor zum Antrieb von Feuerlöschpumpen, Mähdreschern oder als Hilfsantrieb in O-Bussen finden Boxermotoren Verwendung.

Flugmotoren

Im Sportflugzeugbau ist der luftgekühlte Boxermotor u.a. wegen der guten Kühlung der beiden im Luftstrom liegenden Zylinderbänke noch immer der am häufigsten verwendete Antrieb, obwohl z. B. Sternmotoren eine noch bessere Kühlung bieten, aber auch einen größeren Luftwiderstand produzieren. Mit entscheidend ist, dass bei Propellerflugzeugen der Propeller, der naturgemäß eine bestimmte Bodenfreiheit braucht, direkt an der Kurbelwelle befestigt wird und damit die Position der Kurbelwelle vorgegeben ist. Dies bedeutet, dass bei einmotorigen Flugzeugen, wo Propeller und damit auch Motor unmittelbar vor dem Piloten sind, alle Motorteile, die oberhalb der Kurbelwelle liegen, die Sicht des Piloten beeinträchtigen. Dies ist konstruktionsbedingt beim Boxermotor am wenigsten, beim Sternmotor am stärksten der Fall. Aus diesem Grund wurde früher auch z. B. ein „hängender" V-Motor benutzt (bei der einmotorigen Messerschmitt Bf 108 „Taifun“).Bei mehrmotorigen Flugzeugen spielt dies hingegen keine Rolle, weshalb die leistungsstärksten mehrmotorigen Flugzeuge auch alle mit Sternmotoren ausgerüstet sind (wie z. B. die Lockheed Super Constellation). Hersteller sind z. B. Lycoming, Rotax und Limbach. Für Kleinflugzeuge stellte auch Porsche Boxermotoren 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 der Deutschen Industrie-Messe in Hannover Flugmotoren auf der Basis des Porsche 356. Diese 4-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 sie Doppelzündung mit zwei Zündkerzen je Zylinder und Trockensumpfschmierung. Die Motoren waren luftgekühlt, je nach Ausführung entweder durch Fahrtwind oder Gebläse. Im September 1983 brachte Porsche den vom Typ 911 abgeleiteten 6-Zylinder-Boxermotor PFM 3200 heraus, dessen Produktion jedoch schon 1990 eingestellt wurde.

Inline-Boxermotor

Prinzip des Inline-Boxermotors

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.^[4]

Anfang der 90er-Jahre haben Professoren und Diplomanden der Fachhochschule Bingen diese Bauweise erfolgreich auf dem Prüfstand und in Fahrversuchen erprobt. BMW hat den Grundgedanken der dreifach gekröpften Kurbelwelle in einem Zweizylinder-Reihenmotor sehr wirtschaftlich umgesetzt, aber einen Inline-Boxermotor hat es nie in Produktion gegeben.

Literatur

• 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

Einzelnachweise

1. ↑ www.pedros.cz/Tatra/Tatra_katalog_de.pdf
2. ↑ Encyclopedia of American Cars from 1930, Hrsg Consumer's Guide, Publications International (1993) ISBN 0-7853-0175-5
3. ↑ Diesel-Boxermotor von Subaru bei Gelaendewagen.at
4. ↑ Informationen zum Inline-Boxermotor auf www.boxermotor.com

Weblinks

 Commons: Boxermotor – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

 Wiktionary: Boxermotor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Weitere Informationen zur Technik und Automobilen mit Boxermotor

Bauweisen von Verbrennungsmotoren

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