Indledning
Charles F. Ketterings interesse for videnskaben om bilmotorer voksede, efter at en kollega bad om hjælp til en bil, som han var ved at bygge af et byggesæt. Med en hang til opfindelser og forretning var Kettering en indflydelsesrig leder, en livslang lærer og en entusiastisk talsmand og fortaler for teknologiske fremskridt.
Hvordan fik Charles Kettering sin start, og hvilke bidrag ydede han til bilteknikken?
Perseverance
Charles Franklin Kettering blev født på en gård i nærheden af Loudonville, Ohio, den 29. august 1876. Han var det fjerde af fem børn af Jacob Kettering og Martha Hunter Kettering. Han oplevede sin mors strenghed og sin fars ansvar som landmand, hvilket gav ham en interesse for mekanisk “tinkering”. Efter at have afsluttet gymnasiet begyndte Kettering at undervise i et nærliggende et-rums skolehus. Han forlod den to år senere for at gå på College of Wooster, men på grund af svage synsproblemer vendte han tilbage til undervisningen. Endnu to år senere kom Kettering ind på Ohio State University, men igen fik hans syn ham til at forlade universitetet på grund af sine synsproblemer. Han begyndte at arbejde med et hold, der installerede telefonledninger for at føre denne nye opfindelse ud over landskabet. Han vendte endnu en gang tilbage til Ohio State, holdt ud og opnåede til sidst, i en alder af 28 år, en grad i elektroteknik. Universitetet anbefalede ham til ansættelse hos National Cash Register Company (NCR) i Dayton, Ohio.
High-Energy Ignition
Kettering blev ansat som forsøgsingeniør i 1904 og fik som første opgave at motorisere kasseapparaterne; hans team brugte et år på at opfinde en elektrisk motor, der kunne anvendes til alle NCR-modeller. Yderligere arbejde udført af Ketterings separate hold i løbet af de næste fire år tilføjede det grundlæggende til regnskabsmaskiner, lavprisregistre og intern kommunikation i stormagasinerne.
Kettering blev gift med Olive Williams fra Ashland, Ohio, i 1905, og deres eneste barn, Eugene Williams, blev født den 20. april 1908.
Ketterings interesse for den nye videnskab om bilmotorer voksede, da en kollega, Edward Deeds, bad om hjælp til en bil, som han selv var i gang med at bygge ud fra et byggesæt. På Deeds’ anmodning og med fritidshjælp fra andre NCR-venner udviklede Kettering et højenergi tændingssystem med gnist som erstatning for den model med svag gnist, der fulgte med byggesættet. Da Kettering forlod NCR i 1909, koncentrerede han sig om den endelige udvikling af dette tændingssæt, og demonstrationerne blev positivt modtaget. Med denne respons oprettede Kettering og Deeds straks Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO).
Udviklingen af en elektrisk selvstarter erstattede den besværlige – og undertiden farlige – metode med at starte bilen med håndsvingning. Som tidens mest fremtrædende bilingeniør fokuserede Kettering på anvendt videnskab og opfindsomhed snarere end på teoretiske overvejelser og satte sit forskningspersonale i gang. Deres eksperimentelle fremgangsmåde omfattede en række begrundede forsøg, men ingen opstillede hypoteser, der skulle bevises. Delco begyndte at omdanne deres prototype til en version, der kunne masseproduceres med henblik på indbygning i Cadillac-modellerne fra 1912.
Bright Idea
I denne periode var Kettering også optaget af en idé, der stammede fra hans opvækst og første job, nemlig at levere elektricitet til amerikanske landområder, som ledningsnettet ikke nåede. Den deraf følgende Delco Light Generator revolutionerede livet på landet, idet den gav en kraftig lyskilde, der forlængede dagen, og en motordreven maskinkilde. Generatoren bestod af blybatterier, som blev opladet og genopladet af en benzinmotor udstyret med en elektrisk startknap.
Kettering og Deeds solgte den blomstrende Delco-forretning til General Motors i 1916 og grundlagde samme år Dayton-Wright Airplane Company sammen med H. E. Talbott og ansatte Orville Wright som deres aeronautiske konsulent. Firmaet leverede fly og motorer under Første Verdenskrig og blev til sidst opkøbt af General Motors.
Forskningsindsats
Da bilindustrien gik frem i Detroit, rekrutterede Alfred P. Sloan fra General Motors to år senere Kettering til at lede hele virksomhedens forskningsindsats. Et center, General Motors Research Corporation, blev bygget i Dayton til dette ene formål. Kettering, der var en produktiv opfinder, ledede undersøgelser af alle områder af bilforbedringer, idet han lagde vægt på dem, der ville være til direkte gavn for kunderne. Der blev gjort fremskridt inden for sikkerhed og alle bilprocesser: bremser, gear, affjedring og belysning. Tilfældige opdagelser som f.eks. kølemidlet Freon, der anvendes til køling, var også et resultat.
Ketterings mest udbredte opfindelse var brugen af tetraethylbly som et benzinadditiv for at løse problemet med “knock”, en tilstand med ufuldstændig forbrænding af brændstof, der forårsager hurtigt motorslid. Forskergruppen nåede frem til blyløsningen efter at have undersøgt mange opfindsomme tilgange og forskellige additivkandidater i løbet af en periode på syv år, der førte til introduktionen i 1923. Den forblev i brug, indtil erkendelsen af dens sundhedsfarer i 1960 – efter Ketterings død – førte til overgangen til blyfri benzin.
Kettering vendte derefter sin opmærksomhed mod dieselmotorer, inspireret af deres lave brændstofforbrug og høje effektpotentiale. Kettering eksperimenterede med dieseldrift på sin egen yacht, assisteret af sin søn Eugene i konstruktionsfasen, og så resultatet af sit arbejde, da General Motors fremstillede det første diesellokomotiv til godstransport i 1939.
Leder og lærer
Med sin evne til opfindelser og forretning blev Kettering en indflydelsesrig leder og en livslang lærer. Han var en entusiastisk talsmand og fortaler for den teknologiske fremskridts kraft og var interesseret i alle moderne idéer og metoder. Hos General Motors introducerede han en ny samarbejdsorienteret tilgang til uddannelse af medarbejdere: i 1926 begyndte General Motors Institute (udviklet fra Flint YMCA School of Automotive Trades) at uddanne medarbejdere med en kombination af teori i klasseværelset og praktisk erfaring på arbejdspladsen.
Kettering Foundation for Medical Research blev grundlagt i 1927, og i 1945 grundlagde Kettering sammen med Alfred P. Sloan Sloane-Kettering Institute til behandling af kræft i 1945. Hans søster var død af en tumor i halsen i 1944, og hans kone, Olive, døde to år senere af kræft i bugspytkirtlen. Som det sig hør og bør for et medlem af Horatio Alger Society, er Kettering Foundation et eksempel på grundlæggerens sociale filosofi om forskning i forholdet mellem demokratiet og offentligheden.
Spå et senere tidspunkt led Kettering af en række slagtilfælde, men fortsatte alligevel som konsulent for General Motors hele sit liv. Charles Kettering (med tilnavnet “Boss Ket”) døde den 25. november 1958 i sit hjem i Dayton, Ohio.
Radio Talk
Transskriberet fra en række radiotaler, som Charles Kettering holdt mellem september 1942 og juli 1945.
“Forskning er slet ikke en fysisk ting, men blot en sindstilstand. Det er en simpel organiseret måde at forsøge at opnå noget, man ønsker at gøre – så simpelt, at alle kan udføre Research hvor som helst og når som helst.
Først vælger man det problem, man gerne vil løse, derefter opstiller man mindst ti grunde til, at det ikke er blevet løst. Men når du vælger dette problem, skal du sørge for at analysere det omhyggeligt for at se, om det er indsatsen værd. Det kræver lige så stor indsats at løse et ubrugeligt problem som et nyttigt problem. Sørg for, at spillet er lysets værd.
Når du omhyggeligt – og jeg vil gerne understrege ordet “omhyggeligt” – har valgt problemet og de ti ting, der står mellem dig og løsningen, bruger du derefter den samme fremgangsmåde som ved løsningen af et krydsord. Man tager de lette forhindringer først, og ved hjælp af en udelukkelsesproces når man frem til en eller to større forhindringer. Ved løsningen af de resterende forhindringer har du måske brug for nogle enkle apparater, men det, du sandsynligvis har mest brug for, er uendelig tålmodighed og vedholdenhed.”
“Efter min mening er et gram eksperimenter værd et pund uprøvet teori.”
Første opgave
I 1904 var Ketterings første opgave hos National Cash Register at opfinde en motoriseret erstatning for det håndtag, som operatøren skulle trække i ved hver kassetransaktion. Hans løsning bestod i at tilføje en lille elektrisk motor til maskinen. De korte, kraftige energiudladninger, som kasseapparatet krævede, var ikke mulige med de eksisterende motorer, så Kettering udtænkte et koblingsarrangement, der kunne opgradere og nøjagtigt matche kraftbehovet for hjulbevægelserne i kasseapparatet.
Electric Starter
Den opfindelse af Kettering og Deeds, der førte til grundlæggelsen af deres Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO) fabrik, havde principielle ligheder med kasseapparatets motor, idet den gav en kort, intens spurt af elektricitet. Da denne anordning forbedrede bilens funktion, var dens succes sikret og permanent.
Benzinmotorer kræver, at stemplerne er i bevægelse, før tændingen finder sted, og derfor skal der bruges et eksternt middel til at sætte dem i bevægelse. Når først motoren er i bevægelse, er det motorens egen kraft, der overtager tændingen.
Indtil da blev biler startet med håndkraft: en proces, der krævede styrke og reflekser. Styrken var nødvendig for at dreje håndsvinget, der var forbundet med det store svinghjul, og dermed bevæge krumtapakslen og sætte motordelene i bevægelse. Hurtige reflekser var nødvendige for at operatøren kunne træde til side med det samme, når motoren startede, og undgå det farlige og kraftige “spark tilbage” på drejehåndtaget, når motoren startede og gjorde, at der ikke længere var brug for krumtappen. Henry Leland, leder af Cadillac Motor Co. havde mistet en ven, som blev såret og senere døde af et sådant “spark tilbage”. Så snart den var tilgængelig, inkluderede han den nye elektriske starter i alle Cadillac-modeller.
Kettering og Deeds erkendte, at den elektriske starter havde brug for en høj start-energi for at dreje svinghjulet og sætte motorens stempler i gang. Når stemplerne begyndte at bevæge sig, ville tændingen finde sted i cylindrene, og motoren ville overtage driften. Deres starter brugte den eksisterende, lave strøm fra bilens batteri, øgede den og skabte den høje strøm og motorkraft, som fik svinghjulet til at dreje rundt og fik gassen til at eksplodere i motorens cylindere. Når stempelcyklussen var startet, koblede et relæ startmotoren fra, og motoren drev køretøjet og opladningen af batteriet samt andre lavstrømsbehov som f.eks. belysning. Den elektriske starter var genstand for United States Patent No. 1,150,523, der blev udstedt til Charles Kettering og Clyde Coleman.
Motorklop
Automobilmotor “klop” er en hamrende eller pinglende lyd, der er forbundet med usædvanlige motorvibrationer og dermed øget motorslid. Den skyldes ukontrolleret antændelse af den komprimerede benzin/luft-blanding i motorens stempler. De uregelmæssige spændinger, der opbygges, skader stempel- og cylindermaterialerne og resulterer i den bankende lyd og motorslitage.
Efter deres systematiske forskningsprotokol med først at definere problemet brugte Kettering og Thomas Midgley, Jr. en monografi til at inspicere stemplerne i deres testmotor og fandt ud af, at bankningen ikke skyldtes for tidlig tænding fra selvstarterens batterianordning, men en trykforøgelse efter tændingen af tændrøret. Deres næste skridt var at opstille en række mulige teorier og at afprøve hver enkelt teori. De besluttede, at løsningen lå i at bruge et benzintilsætningsstof, så der blev foreslået og afprøvet en række forskellige, og resultaterne blev evalueret.
Det første forsøg testede teorien om, at rødt materiale kunne absorbere varme og rette op på cylinderforholdene. Jod, der er rødt, blev forsøgt med succes, men en opfølgning med røde anilinfarvestoffer mislykkedes, hvilket modbeviste teorien om “rød farve”. Derefter viste farveløs ethyljodid sig at være effektiv, og deres kemiske forskning fortsatte. Holdet blev omdirigeret til at arbejde med flybrændstoffer under Første Verdenskrig og afprøvede en lang række kemikalier til brug i luftfarten: ethanol, aromater som benzen, olefiner fra olie, ethere og paraffiner. Deres endelige beslutning anbefalede en blanding af benzen og benzin, men da krigen sluttede, blev produktionsplanerne annulleret, og forskerne vendte tilbage til civile aktiviteter. Igen var jod det bedste middel mod klokkeslag, men det var ætsende og dyrt. Entusiasmen aftog, og forskningen gik i stå, indtil Kettering tilfældigt faldt over en artikel om effektiviteten af selen som tilsætningsstof; Midgley fik fornyet energi. Hans nye tilgang bestod i at opstille en liste over elementer som kandidater og systematisk kontrollere effektiviteten af hvert enkelt element i hans encylindrede laboratorieforsøgsmotor. Listen omfattede tellur, arsenik, sølv, silicium, germanium, bly og tin.
I december 1921, efter syv års forskning, fandt man ud af, at meget små mængder bly, opløst i ethanol og tilsat til benzin, fjernede motorens bankning fuldstændigt. Motorens kraft og effektivitet steg, og tetraethylbly blev det førende benzintilsætningsstof i mange år fremover, indtil man blev klar over farerne ved bly i atmosfæren.
Andre udviklinger
Kettering havde opfundet Delco Light Generator, som revolutionerede livet på landet ved at forlænge de timer, hvor der var lys til rådighed til arbejde og fritidsaktiviteter. Ved blot at flytte den elektriske kontakt til benzinmotoren blev batterierne fuldt opladet og genopladet. I 1918 kunne et lysanlæg på tre kilowatt drives af en encylindret motor på 5 hestekræfter.
Et andet materiale udviklet af Midgley og Kettering med enorme konsekvenser var Freon, en gruppe af halocarbonforbindelser, der erstattede de giftige ammoniak- og svovldioxidforbindelser som kølemiddel. Køleskabskompressorer, der arbejdede med kemikalier, der var ikke-brændbare, ikke-toksiske og kemisk inaktive, vandt bred accept, og deres anvendelse udvidede anvendelsesområdet for opbevaring af fødevarer og forlængede via airconditioning arbejdstagernes komfort og arbejdstid.
Det amerikanske patent nr. 1.886.339 for dichlordifluormethan, det første freon, blev udstedt den 31. december 1928 til Frigidaire, General Motors Division under ledelse af Kettering, til Frigidaire. Dupont Company påtog sig den kommercielle fremstilling af freoner, og sortimentet voksede til over 20 forskellige produkter, der adskiller sig fra hinanden ved længden af den alifatiske kulstofkæde og graden af klor- og fluorsubstitution. Anvendelsesområderne blev udvidet til at omfatte aerosoldrivmidler og inhalatorer. Brugen af freon blev udfaset, da det i 1970’erne blev opdaget, at forbindelserne nedbryder jordens beskyttende ozonlag
Anerkendelse
Charles F. Kettering var indehaver eller medindehaver af mere end 300 patenter. De omfattende emner omfatter: motorisering af kasseapparatet, den elektriske bilstarter, bærbar lysgenerator, blyholdig benzin, freon-kølemiddel, bilmaling, en kuvøse til for tidligt fødte børn og en behandling af kønssygdomme.
Han modtog mange æresdoktorgrader og æresgrader samt snesevis af andre citater og medaljer.
Hans navn er mindet i Charles F. Kettering Foundation for medicinsk forskning, Sloan-Kettering Institute for Cancer Research, Charles F. Kettering Memorial Hospital og Kettering University.
Den årlige Charles F. Kettering-pris, der er oprettet af General Motors Cancer Research Foundation, hædrer det mest fremtrædende nylige bidrag til diagnosticering eller behandling af kræft.
Charles F. Kettering blev tildelt Franklin-medaljen i 1936 af Franklin Institute for videnskab inden for bilteknik.
Credits
Præsentationen af Charles F. Kettering er muliggjort af støtte fra The Barra Foundation og Unisys.
Dette websted er udarbejdet af et internt specialprojektteam på The Franklin Institute under ledelse af Carol Parssinen, Senior Vice-President for Center for Innovation in Science Learning, og Bo Hammer, Vice-President for The Franklin Center.
Medlemmer af det særlige projektteam fra afdelingen for undervisningsteknologi er:
Karen Elinich, Barbara Holberg, Margaret Ennis og Zach Williams.
Medlemmer af det særlige projektteam fra kuratorafdelingen er:
John Alviti.
Medlemmer af projektets Advisory Board er:
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger og Susan Yoon.