Zanim pojawił się Reitwagen - pierwszy motocykl świata

Zasadnicza różnica między dążeniami Karla Benza i Gottlieba Daimlera polegała na tym, że celem pierwszego było zbudowanie łatwego w prowadzeniu i obsłudze pojazdu napędzanego sinikiem spalinowym, natomiast drugi skupiał się na szerzej pojmowanej motoryzacji, czyli na możliwościach wykorzystywania „benzynowych” koni mechanicznych do różnych innych celów.

Daimler i współpracujący z nim Wilhelm Maybach myśleli więc o wykorzystaniu silnika spalinowego o spalaniu wewnętrznym nie tylko do napędu pojazdu drogowego, ale również łodzi motorowych, drezyn szynowych, a nawet „aparatów latających”, czyli przyszłych samolotów, czyli ogólnie mówiąc na ziemi, wodzie i w powietrzu.

Końcówka lat 80. XIX stulecia to czas szybkiego rozwoju silników parowych i zaraz po nich zasilanych gazem, które sprawdzały się jako stacjonarne jednostki napędowe w przemyśle, ale z kilku względów niekoniecznie nadawały się jako źródło napędu pojazdów.

Po pierwsze ze względu na rozmiary i ciężar, po drugie na konieczność transportu dużej ilości paliwa, a w przypadku „parowców” także wody… i co ważne, na niedostateczną jeszcze wtedy sprawność, ponieważ w większości były to silniki wolnoobrotowe o co prawda dużym momencie obrotowym, ale stosunkowo niskiej mocy.

Aby więc móc myśleć o napędzie pojazdów konieczny był więc silnik pozbawiony wspomnianych wad, czyli musiał być stosunkowo mały i lekki, aby można byłoby go zamontować w pojeździe, być zasilany dostępnym i łatwym w transporcie i magazynowaniu paliwem, oraz co najbardziej istotne, posiadać zawsze dostępną przez kierującego moc.

Oczywiście w ówczesnych warunkach żaden z tych warunków nie był łatwy w realizacji ( o czym wcześniej przekonali się Étienne Lenoir i Edouard Dellamare konstruując mniej więcej ok. 1883 r swoje pierwsze napędzane silnikami gazowymi pojazd drogowe), ale najbardziej trudnym okazał się ten ostatni, ponieważ jak wiadomo moc silnika bezpośrednio wiąże się z obrotami, a te z kolei w przypadku silników zasilanych gazem zależały od efektywnego systemu zapłonu.

Próbujących rozwiązać problem było wielu, ale szczególne miejsce w historii motoryzacji po dziś dzień zajmuje zaledwie kilku…, w tym wspomniany wcześniej Karl Benz (który zdecydował się na kontynuację doświadczeń Lenoira i w swoim silniku zastosował elektryczny zapłon bateryjny z cewką H.Ruhmkorffa), ale i doskonały duet konstruktorów powstały jeszcze w czasie wspólnej pracy w Gasmotorenfabik Deutz, czyli Gottlieb Daimler i Wilhelm Maybach.

W przypadku tej spółki problemowi efektywności procesu spalania poświęcił się głównie W. Maybach, który również korzystając z doświadczeń innych (początkowo rozważał oparcie się na pomyśle i wygasłym już patencie Leo Funcka, który jednak nie wydawał się przydatny, a następnie angielskiego wynalazcy Watsona) skoncentrował się na rozwinięciu i technicznym dopracowaniu idei zapłonu żarnikowego, czyli takiego z rurką żarową.

Rozwiązanie to polegało na stałym zewnętrznym podgrzewaniu i utrzymywaniu w stanie rozżarzenia rurki z umieszczonym w niej rdzeniu platynowym, od której następował zapłon znajdującej się w komorze spalania mieszanko paliwowo-powietrznej.

Dokładnie takiej, ponieważ chodziło już nie spalanie czystego gazu, ale paliwa płynnego, czyli otrzymywanego podczas destylacji ropy naftowej tzw. oleju ligroinowego.

Na marginesie! Taki sposób zapłonu stosowany był w silnikach Daimlera aż do 1898 r.! Prototyp silnika z zapłonem żarowym powstał w Bad Cannstatt jesienią 1883 r. i mimo, że wizualne przypominał większość innych ówczesnych „gazowców” z tego czasu (też zastosowano w nim poziome ułożenie cylindra i duże koło zamachowe), to wyróżniającymi cechami były niewielkie rozmiary (w związku z tym mały ciężar) możliwość pracy na wysokich obrotach rzędu 600 obr./min. co pozwoliło na uzyskiwanie mocy ok. 0,25 KM i co ważne…, mechaniczny układ sterowania zaworu wydechowego z tzw. rowkiem krzywkowym.

Oczywiście nie obyło się bez protestów prawnych ze strony konkurencji, ale mimo to Daimler zdołał opatentować silnik pod nazwą „silnik gazowy z zapłonem rur żarowych” ( patent DRP nr. 28243 z 23.XII. 1883 r.).

Już na początku następnego roku powstała jednak kolejna konstrukcja, również jednocylindrowy silnik pracujący według obiegu Otto (czterosuwowy), ale już z pionowo ustawionym cylindrem i ze szczelnie zamkniętą odlewana z aluminium skrzynią korbową, w której znajdowało się koło składające się dwóch części zamachowe z dość skomplikowanym pod względem kształtu rowkiem krzywkowym.

Równie ciekawy był także układ wspomagający doładowanie cylindra (taki pierwowzór doładowania) złożony z umieszczonego centralnie na denku tłoka samoczynnie sterowanego zaworu grzybkowego i drugiego zaworu umieszczonego z boku skrzyni korbowej.

Pionowy cylinder i okrągły kształt skrzyni korbowej skojarzył się konstruktorom ze stojącym wahadłowym zegarem pokojowym i stąd obiegowa nazwa „Standuhr”, lub „zegar dziadka” co z kolei Anglicy określają jako Grandfather clock.

Zarówno wielkość (pojemność skokowa 462 ccm) jak i wspomniane zmiany konstrukcyjne spowodowały, że moc tego silnika przy 600 obr.min wzrosła do ok. 1KM. Niektóre z rozwiązań pozostały jednak nie zmienione.

Tak jak w poprzednim silniku oprócz funkcji akumulatora energii koło zamachowe spełniało również rolę ważnego elementu układu sterowania rozrządu zaworu wydechowego, ponieważ (tak jak było to praktykowane w większości ówczesnych silników gazowych) zawór ssący otwierał się automatycznie w momencie powstawania podciśnienia w cylindrze podczas suwu ssania.

Oczywiście ten silnik także zgłoszono jako pomysł w Cesarskim Urzędzie Patentowym i po aplikacji z 3 kwietnia dość szybko, bo 3 czerwca 1885 r. uzyskano patent DRP Nr. 34926.

Na czym polegało to sterowanie rowkiem krzywkowym? Brzmi skomplikowanie, ale tak naprawdę to pierwowzór znacznie późniejszego desmodromicznego układu rozrządu polegającego na zastosowaniu krzywek zarówno do otwierania jaki zamykania zaworów.

Chodziło oto że, na bocznej powierzchni koła zamachowego znajdował się wyfrezowany w kształcie podwójnej krzywki rowek służący do umieszczenia w nim końcówki (ślizgacza) drążka popychacza zaworu wydechowego.

Czy nie można było prościej, np. przez zastosowanie zwykłej, pojedynczej krzywki? Oczywiście, że tak, i tak działo się później, ale póki co Maybach i Daimler
projektując swój nowy silnik szybkoobrotowy być może obawiali się, że może nastąpić coś, co można nazwać „rozbieganiem się” silnika, czyli niekontrolowanego wzrostu prędkości obrotowej wału korbowego i postanowili temu zapobiec.

Dla przykładu np. w silnikach parowych powszechnie stosowano już wówczas tzw. odśrodkowe regulatory prędkości. Czyli było tak! Z kołem zamachowym połączony był regulator odśrodkowy, który w zależności od ilości obrotów za pomocą ruchomego elementu przekierowywał ślizgacz drążka popychacza zaworu wydechowego na odpowiedni tor krzywki.

Albo taki przypominający nieco zdeformowaną elipsę, albo okrąg. Trochę jak w przypadku zmiany ustawienia zwrotnicy na torach kolejowych, co powodowało, że przy niższych prędkościach końcówka drążka popychacza wędrowała sobie po torze eliptycznym i mimośrodowo poruszający się drążek popychacza zaworu wykonywał ruchy góra-dół (zawór wydechowy był wtedy zamykany i otwierany), a przy przekroczeniu krytycznych obrotów poruszała się po ścieżce kołowej.

Drążek popychacza pozostawał wtedy nieruchomy i w związku z tym zawór wydechowy pozostawał w pozycji zamkniętej. Z chwilą kiedy prędkość obrotowa wału korbowego spadła, regulator odśrodkowy zmieniał położenie ruchomej zastawki, która ponownie przesuwała drążek popychacza na elipsę i następowało ponowne otwarcie zaworu wydechowego.

Po co to wszystko? Ogólnie mówiąc dlatego, że zamknięty zawór wydechowy spowalniał lub wręcz uniemożliwiał wydostawanie się spalin z cylindra i możliwość napełniania go świeżą mieszanką, czyli że silnik się dławił i spadały jego obroty.

Przy okazji! W momencie uruchamiania silnika, dzięki zastosowaniu prostego mechanizmu sterowania ręcznego, zawór wydechowy był utrzymywany w pozycji otwartej.

Ale! Żeby nie było, myśląc o zastosowaniu „Standuhra” do zabudowy w drewniej ramie prowizorycznego pojazdu W. Maybach wymyślił jeszcze coś extra, a mianowicie urządzenie służące do wytwarzania wystarczającej w każdych warunkach ilości mieszanki paliwowo – powietrznej.

Oczywiście chodzi o gaźnik tzw. powierzchniowy, którego genezę i opis techniczny opis zostawmy jednak jako temat oddzielnego opracowania.

Jednocylindrowy silnik ważył zaledwie 60 kilogramów, miał pojemność skokową 264 cm³, czyli ponad dwukrotnie więcej od pierwszego z 1883 r. i rozwijał moc ok. 0,5 KM przy obrotach wynoszących teraz 700 obr./min. i właśnie on został zamontowany w pierwszym z serii pojazdów drogowych spółki Daimler –Maybach.

Nie miał jeszcze swojej nazwy, dlatego uznając dzieło za konstrukcję doświadczalną, której celem było sprawdzenie możliwości technicznych silnika roboczo ochrzczono określeniem Reitwagen, co po niemiecku oznacza coś, co może służyć do jazdy.

Krótko i rzeczowo… , chociaż tak naprawdę było to urządzenie mocno siermiężne, a już na pewno mało komfortowe.

Większość źródeł historycznych wskazuje, że pojazd został zbudowany w warsztacie w Bad Cannstatt na początku 1885 r., a już w listopadzie tegoż roku 14-letni syn Adolf odbywał Reitwagenem pierwsze jazdy testowe na ok. trzykilometrowej trasie Cannstatt- Untertűrkheim i z powrotem.

Czy jednak tak było? Niekoniecznie, ponieważ z chronologii wynika, że skoro Daimler otrzymał na swój pojazd patent 29 sierpnia 1885r (Nr. DRP 36423) to musiał on być zbudowany jeszcze w 1884 r.

Mimo, że pierwszy Reitwagen nie zachował się w oryginale ponieważ spłonął podczas pożaru fabryki Daimler Motoren Gesselschaft w 1903 r ., to na podstawie wszystkich dostępnych materiałów, czyli również szkiców dołączonych do wniosku patentowego oraz pieczołowicie wykonanych replik, możemy go dość dokładnie opisać.

Chociaż! Niekoniecznie, ponieważ porównując repliki i kopie (to dwa różne pojęcia) ze względu na ich mnogość nie możemy być w pełni pewni wyglądu zniszczonego oryginału.

Dla przykładu warto choćby porównać załączony do wniosku patentowego szkic i prezentowaną w „świątyni tradycji trójramiennej gwiazdy”, czyli w Muzeum Mercedesa w Stuttgarcie replikę. Są różnice! Choćby w wyglądzie i wyposażeniu kierownicy!

Oprzyjmy się więc na szkicach patentowych. Bazą całego pojazdu jest solidna drewniana rama, której konstrukcja nawiązuje do protoplastów roweru, czyli np. wynalezionego w 1817 r. przez Karla Draisa von Sauerbronn’a welocypedu lub późniejszych konstrukcji Johnsona np. z 1820 r.

Kolejny ważny element to mocne drewniane, szprychowe koła o równych średnicach z metalowymi obręczami, które byłyby w stanie zapewnić zarówno duże obciążenia jak i przewidywane przez konstruktorów drgania.

Sam silnik umieszczony jest nisko wewnątrz ramy i z góry przykryty solidnie wykonanym i zapewniającym jaki taki komfort siodłem. Kolejnym… i występującym tylko w tym pojeździe szczególnym elementem są umieszczone na sprężystych wspornikach po obu stronach kółka pomocnicze pomagające zarówno w prowadzeniu jak i parkowaniu.

Jak podają źródła i opis techniczny Reitwagen ważył ok. 90 kg i w zależności od przełożeń mógł poruszać się z szybkością do 6 lub12 km/h. Spójrzmy zatem na szkic wyjaśniający anatomię pojazdu:

M – komora korbowa silnika
N – drążek popychacza zaworu wydechowego
H- komora stanowiąca zasobnik gotowej mieszanki
A – automatycznie otwierany zawór wlotowy (ssący)
E – sprężyna zaworu wydechowego
P – zbiornik paliwa i znajdujący się w jego wnętrzu gaźnik
F – rura do przesyłu mieszanki z gaźnika do kanału wlotowego
D – zawór służący do dodatkowej regulacji ilości dostarczanego do kolektora ssącego powietrza ( takie późniejsze ssanie)
C – rura rura ssąca do dostarczania powietrza do gaźnika
B – palnik lampy benzynowej ( spirytusowej) służącej do podgrzewania rurki zapłonowej
E – rura wydechowa

Napęd z silnika na tylne koło odbywał się za pomocą płaskiego pasa transmisyjnego wykonanego ze skóry, który obejmował małe, osadzone na osi wału korbowego koło pasowe, koło pasowe spełniające rolę napinacza R, oraz duże koło pasowe zamocowane na bocznej powierzchni szprychowego, drewnianego tylnego koła.
W związku z tym, że wspornik napinacza R połączony był linką ze sterowaną za pomocą niewielkiej przekładni pokręteł C i C1 umieszczonych na kierownicy ich rola mogła być dwojaka.

Przekręcanie rączki po lewej stronie kierownicy spełniało funkcje sprzęgła, a rączka po prawej stronie uruchamiała hamulec, czyli dźwignię zakończoną drewnianym klockiem przylegającym do żelaznej obręczy tylnego koła.

I tu jest sporo różnic w porównaniu ze zdjęciami, na których widzimy nieco odmienny rodzaj przeniesienia napędu, czyli… , dwóch kół pasowych (o małej i większej średnicy) współosiowo osadzonych przedłużeniu czopu wału korbowego pasa transmisyjnego obejmującego napędzające koła pasowe i koło pasowe z zewnętrzną zębatką na obwodzie współpracujące z większym metalowym kołem z zębami umieszczonymi wewnątrz jego obwodu centralnie przymocowanego do drewnianego dużego koła napędowego.

Typowa zwolnica jaką spotkamy również w pierwszym czterokołowym pojeździe Daimlera tzw. Motorkusche z 1886 r.

Na zdjęciach widoczny jest również inny nie występujący na szkicach element, a mianowicie umieszczona centralnie na górnej części ramy dźwignia zastępująca wcześniej wspomniane funkcje pełnione przez rączki na kierownicy.

Już na wstępie należy zauważyć, że jazda nim nie była łatwa i wymagała od kierowcy zarówno znajomości konstrukcji prototypowych mechanizmów jak i sporo wytrwałości, nie wspominając o odwadze.

Pierwszą czynnością, którą należało wykonać po napełnieniu zbiornika paliwa (olejem ligroinowym, czyli to ówczesnym odpowiednikiem benzyny dostępnym w drogeriach i aptekach) było nagrzanie rurki żarowej, co odbywało się przy pomocy palnika spirytusowego lub benzynowego specjalnego palnika benzynowego.

W chwili kiedy palnik zdążył rozgrzać wykonaną z drutu platynowego rurkę żarową należało wstrzyknąć do rury ssącej cylindra dawkę paliwa i starać się uruchomić silnik przy pomocy korby znajdującej się po prawej stronie skrzyni korbowej.

Widoczny za siodłem niewielki zbiorniczek służył jedynie do magazynowania paliwa (spirytusu) potrzebnego do podgrzewania rurki i nie miał nic wspólnego z gaźnikiem. Podczas pracy silnika gorące powietrze nagrzane przez cylinder przechodziło przez zaopatrzoną w regulator i przechodzącą w pobliżu gaźnika (w którym znajdował się wystarczający do jazdy zapas paliwa) rurę zasysania.

Gaźnik był typu powierzchniowego, czyli rodzajem „ulatniaka”, gdzie następowało parowanie i mieszanie oparów z powietrzem, które były następnie kierowane do komory mieszania. Tam przy pomocy zaworu regulującego tzw. zaworu „dobierana” odbywało się dalsze mieszanie powietrza i paliwa konieczne do właściwego uformowana mieszanki paliwowo-powietrznej ( stosunek paliwa do powietrza ok. 1:14), która następnie kierowana była przez otwarty podczas suwu ssania zawór ssący bezpośrednio do rury ssącej cylindra.

Kiedy silnik był już na chodzie, kierowca mógł zająć miejsce na wysokim, skórzanym siodle i postawić bezpiecznie nogi na podnóżkach. Pojazd utrzymywał równowagę dzięki dwóm kółkom pomocniczym zamocowanym sprężyście po obu stronach pojazdu. A teraz jak wyglądałoby to zgodnie ze zdjęciami!

Poza umieszczoną przed siodłem dźwignią gazu w pobliżu znajdowała się jeszcze jedna dźwignia służąca do zmiany naciągu pasa transmisyjnego. Przesunięcie jej ku przodowi powodowało napięcie pasa i sprzężenie silnika z tylnym kołem, cofnięcie zaś poluzowanie pasa i jednoczesne uruchomienie hamulca tylnego w postaci płytki dociskanej do obręczy koła.

Zmiana biegów możliwa była jedynie po wyłączeniu silnika i założenia pasa transmisyjnego na inną parę kół pasowych. W drugim zbudowanym nieco później egzemplarzu, który również uległ zniszczeniu podczas pożaru w 1903 r. podobno zastosowano już rodzaj zębatej przekładni dwustopniowej.

Smarowanie silnika odbywało się przez spływanie świeżego oleju (organicznego) zmagazynowanego w górnym zbiorniczku bezpośrednio do cylindra.
Pomimo, że silnik chłodzony był powietrzem to jego cylinder i głowica nie posiadały jeszcze charakterystycznych żeber. Powietrze opływało żeliwny cylinder od dołu ku górze dzięki przymocowanej go koła zamachowego dmuchawy w kształcie bębna.

Pojazd nie miał żadnego resorowania, co jest o tyle zrozumiałe, że konstruktorowi chodziło głównie o sprawdzenie użyteczności silnika o spalaniu wewnętrznym w zastosowaniu do lekkiego pojazdu dwukołowego. W związku z tym musi paść również pytanie, czy Reitwagen powinien być uważany za pierwowzór motocykla?
I tu jest sporo rozbieżności.

Jedni twierdzą, że jak najbardziej, ponieważ to właśnie Gottlieb Daimler i Wilhelm Maybach po raz pierwszy zbudowali pojazd dwukołowy napędzany małym i lekkim silnikiem o spalaniu wewnętrznym…, ale są również tacy, którzy jako innych ojców chrzestnych jednośladów wskazują innych wynalazców jak np. Francuza Pierre Michaux’a, który ok. 1867 r. skonstruował swój pierwszy welocyped napędzany sinikiem… ale, parowym, czy Amerykanina Sylwestra H.Ropera, który także mniej więcej w 1867 r. podobnym pojazdem podróżował już po drogach w okolicach Bostonu.

O nich może jednak więcej przy następnej okazji.

Dane techniczne pojazdu Reitwagen z 1885 r.:

Silnik jednocylindrowy, 4-suwowy ze stojącym cylindrem, chłodzony powietrzem

Średnica cylindra x skok tłoka- 58 mm x 100 mm

Pojemność skokowa silnika- 264 ccm

Moc – 0,5 KM uzyskiwana przy 600 obr./min

Moment obrotowy- 0,51 KGm

Stosunek mocy do pojemności skokowej- 1,9 KM z 1 litra

Zapłon- platynowa rurka żarowa

Układ smarowania- otwarty. Smarowanie świeżym olejem

Rozrząd- zawór ssący – górny otwierany samoczynnie na skutek podciśnienia w cylindrze, zawór wydechowy dolny – sterowany mechanicznie i otwierany przy pomocy krzywki

Skok zaworów –ok. 3 mm

Luz na trzonkach zaworów – ok. 30 mm !!!

przeniesienie napędu- skórzanym płaskim paskiem

Przełożenia- 1:1, 1:2. Przekładnia tylne koło – koło zębate (16 zębów), koło uzębione wewnątrz-(96 zębów). Przełożenie – 6:1

Przełożenia całkowite- 6:1, i 12:1

Średnica kół- 660 mm

Szybkość w zależności od obrotów silnika – 6 lub 12 km/h .

Podwozie

Rama wykonana z drewna olchowego wzmocniona płaskownikami stalowymi

Zawieszenie kół- sztywne na łożyskach ślizgowych

Rozstaw osi kół- 1030 mm

Rozstaw kół podpierających- 600 mm

Wyprzedzenie osi sterowej- 40 mm

Wysokość siodła od jezdni- 900 mm, od podnóżków- 650 mm

Szerokość siodła- 300 mm

Długość siodła- 320 mm

Szerokość kierownicy- 560 mm

Ciężar – 90 kg

Zdjęcia: Mercedes-Benz, archiwum autora, Internet