Einführung

Charles F. Ketterings Interesse an der Wissenschaft der Automotoren wuchs, nachdem ein Kollege ihn um Hilfe bei einem Auto bat, das er aus einem Bausatz baute. Mit seiner Neigung zu Erfindungen und Geschäften war Kettering eine einflussreiche Führungspersönlichkeit, ein lebenslanger Lehrer und ein begeisterter Sprecher und Förderer der Macht des technischen Fortschritts.

Wie kam Charles Kettering zu seinen Anfängen, und welche Beiträge leistete er zur Automobiltechnik?

Durchhaltevermögen

Charles Franklin Kettering wurde am 29. August 1876 auf einer Farm in der Nähe von Loudonville, Ohio, geboren. Er war das vierte von fünf Kindern von Jacob Kettering und Martha Hunter Kettering. Er erlebte die Strenge seiner Mutter und die landwirtschaftlichen Pflichten seines Vaters, die sein Interesse an mechanischem „Tüfteln“ weckten. Nach seinem Schulabschluss begann Kettering als Lehrer in einer nahe gelegenen einräumigen Schule. Zwei Jahre später verließ er die Schule, um am College of Wooster zu studieren, kehrte aber wegen einer Sehschwäche zum Unterrichten zurück. Weitere zwei Jahre später besuchte Kettering die Ohio State University, aber auch hier zwang ihn seine Sehschwäche zum Abbruch. Er begann mit einem Team zu arbeiten, das Telefondrähte installierte, um diese neue Erfindung auf dem Lande zu verbreiten. Er kehrte erneut an die Ohio State University zurück, blieb hartnäckig und erlangte schließlich im Alter von achtundzwanzig Jahren einen Abschluss in Elektrotechnik. Die Universität empfahl ihm eine Anstellung bei der National Cash Register Company (NCR) in Dayton, Ohio.

High-Energy Ignition

Im Jahr 1904 als Versuchsingenieur eingestellt, war Ketterings erste Aufgabe die Motorisierung der Registrierkassen; sein Team brauchte ein Jahr, um einen Elektromotor zu erfinden, der für alle NCR-Modelle geeignet war. Weitere Arbeiten von Ketterings separaten Teams während der nächsten vier Jahre fügten die Grundlagen von Buchhaltungsmaschinen, kostengünstigen Registrierkassen und interner Kaufhauskommunikation hinzu.

Kettering heiratete 1905 Olive Williams aus Ashland, Ohio, und ihr einziges Kind, Eugene Williams, wurde am 20. April 1908 geboren.

Ketterings Interesse an der neuen Wissenschaft der Automotoren wuchs, als ein Kollege, Edward Deeds, um Hilfe bei einem Auto bat, das er selbst aus einem Bausatz baute. Auf Deeds‘ Bitte hin und mit der Hilfe anderer NCR-Freunde entwickelte Kettering ein Hochenergie-Funkenzündsystem, das das mit dem Bausatz gelieferte Modell mit schwacher Funkenbildung ersetzen sollte. Als er 1909 NCR verließ, konzentrierte sich Kettering auf die endgültige Entwicklung dieses Zündsatzes, und die Vorführungen wurden positiv aufgenommen. Daraufhin gründeten Kettering und Deeds die Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO).

Die Entwicklung eines elektrischen Selbststarters ersetzte die umständliche – und manchmal gefährliche – Methode, das Auto durch Kurbeln von Hand zu starten. Als prominentester Automobilingenieur der damaligen Zeit konzentrierte sich Kettering eher auf angewandte Wissenschaft und Erfindungsreichtum als auf theoretische Überlegungen und setzte seine Forschungsmitarbeiter an die Arbeit. Ihr experimenteller Ansatz umfasste eine Reihe von begründeten Versuchen, aber keine festgelegte Hypothese, die es zu beweisen galt. Delco begann mit der Umwandlung ihres Prototyps in eine Version, die für den Einbau in die Cadillac-Modelle von 1912 serienmäßig hergestellt werden konnte.

Gute Idee

In dieser Zeit beschäftigte sich Kettering auch mit einer Idee, die sich aus seiner Erziehung und seinem ersten Job ergab – der Versorgung ländlicher amerikanischer Gebiete mit Elektrizität, die vom Leitungsnetz nicht erreicht wurden. Der daraus resultierende Delco-Lichtgenerator revolutionierte das Leben auf dem Lande, da er eine leistungsstarke Lichtquelle, die den Tag verlängerte, und eine motorgetriebene Quelle für Maschinenstrom bot. Der Generator bestand aus Blei-Säure-Batterien, die von einem Benzinmotor mit elektrischem Anlasser aufgeladen wurden.

Kettering und Deeds verkauften das florierende Delco-Geschäft 1916 an General Motors und gründeten im selben Jahr zusammen mit H. E. Talbott die Dayton-Wright Airplane Company und verpflichteten Orville Wright als Luftfahrtberater. Das Unternehmen lieferte während des Ersten Weltkriegs Flugzeuge und Motoren und wurde schließlich von General Motors übernommen.

Forschungsbemühungen

Als die Automobilindustrie in Detroit voranschritt, stellte Alfred P. Sloan von General Motors zwei Jahre später Kettering ein, um die Forschungsbemühungen des gesamten Unternehmens zu leiten. Zu diesem Zweck wurde in Dayton ein Zentrum, die General Motors Research Corporation, errichtet. Kettering, ein produktiver Erfinder, leitete Untersuchungen in allen Bereichen der Automobilverbesserung, wobei er sich auf die Bereiche konzentrierte, die dem Kunden direkt zugute kommen würden. Es wurden Fortschritte bei der Sicherheit und bei allen Automobilprozessen erzielt: Bremsen, Getriebe, Aufhängung und Beleuchtung. Auch zufällige Entdeckungen wie das Kühlmittel Freon, das in der Kältetechnik verwendet wird, waren das Ergebnis.

Ketterings am weitesten verbreitete Erfindung war die Verwendung von Tetraethylblei als Benzinzusatz, um das Problem des „Klopfens“ zu lösen, einer unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs, die zu einem schnellen Verschleiß des Motors führt. Das Forschungsteam kam auf die Bleilösung, nachdem es über einen Zeitraum von sieben Jahren viele ausgeklügelte Ansätze und verschiedene Additivkandidaten geprüft hatte, die schließlich 1923 eingeführt wurden. Es blieb in Gebrauch, bis man in den 1960er Jahren – nach Ketterings Tod – die gesundheitlichen Gefahren erkannte und auf bleifreies Benzin umstieg.

Kettering wandte sich als Nächstes dem Dieselmotor zu, inspiriert von dessen geringem Kraftstoffverbrauch und hohem Leistungspotenzial. Kettering experimentierte mit Dieselmotoren auf seiner eigenen Yacht und wurde bei der Konstruktion von seinem Sohn Eugene unterstützt. Das Ergebnis seiner Arbeit sah er, als General Motors 1939 die erste Diesel-Güterzuglokomotive herstellte.

Führer und Lehrer

Mit seiner Begabung für Erfindungen und Geschäfte wurde Kettering zu einer einflussreichen Führungspersönlichkeit und einem lebenslangen Lehrer. Er war ein begeisterter Sprecher und Förderer der Macht des technischen Fortschritts und verfolgte sein Interesse an allen modernen Ideen und Methoden. Bei General Motors brachte er einen neuen Ansatz des kooperativen Lernens in die Ausbildung der Mitarbeiter ein: 1926 begann das General Motors Institute (das aus der Flint YMCA School of Automotive Trades hervorging) mit der Ausbildung der Mitarbeiter durch eine Kombination aus Theorie im Klassenzimmer und praktischer Erfahrung am Arbeitsplatz.

Die Kettering Foundation for Medical Research wurde 1927 gegründet, und 1945 gründete Kettering zusammen mit Alfred P. Sloan das Sloane-Kettering Institute für Krebsbehandlung. Seine Schwester war 1944 an einem Halstumor gestorben und seine Frau Olive starb zwei Jahre später an Bauchspeicheldrüsenkrebs. Wie es sich für ein Mitglied der Horatio-Alger-Gesellschaft gehört, verkörpert die Kettering Foundation die soziale Philosophie ihres Gründers, die Beziehung zwischen Demokratie und Öffentlichkeit zu erforschen.

Später erlitt Kettering eine Reihe von Schlaganfällen, blieb aber zeitlebens als Berater für General Motors tätig. Charles Kettering (Spitzname „Boss Ket“) starb am 25. November 1958 in seinem Haus in Dayton, Ohio.

Radio Talk

Transkribiert aus einer Reihe von Radio-Talks, die Charles Kettering zwischen September 1942 und Juli 1945 hielt.

„Forschung ist überhaupt keine physische Sache, sondern nur ein Geisteszustand. Es ist eine einfache, organisierte Art und Weise, zu versuchen, etwas zu erreichen, was man tun möchte – so einfach, dass jeder jederzeit und überall forschen kann.

Zuerst wählt man das Problem aus, das man lösen möchte, und listet dann mindestens zehn Gründe auf, warum es noch nicht gelöst wurde. Aber wenn du das Problem auswählst, musst du es sorgfältig analysieren, um zu sehen, ob es die Mühe wert ist. Es kostet genauso viel Mühe, ein nutzloses Problem zu lösen wie ein nützliches. Vergewissern Sie sich, dass sich das Spiel lohnt.

Nachdem Sie sorgfältig – und ich möchte das Wort „sorgfältig“ betonen – das Problem und die zehn Dinge, die zwischen Ihnen und der Lösung stehen, ausgewählt haben, gehen Sie genauso vor wie beim Lösen eines Kreuzworträtsels. Sie nehmen sich zuerst die leichten Hindernisse vor, und durch einen Ausschlussprozess kommen Sie zu einem oder zwei wichtigen Hindernissen. Für die Lösung der verbleibenden Hindernisse braucht man vielleicht ein paar einfache Apparate, aber am meisten braucht man wahrscheinlich unendliche Geduld und Ausdauer.“

„Meiner Meinung nach ist eine Unze Experimente mehr wert als ein Pfund unerprobte Theorie.“

Erste Aufgabe

Im Jahr 1904 bestand Ketterings erste Aufgabe bei National Cash Register darin, einen motorisierten Ersatz für den Handhebel zu erfinden, den der Bediener für jede Kassentransaktion ziehen musste. Seine Lösung war der Einbau eines kleinen Elektromotors in die Maschine. Die kurzen, starken Energieschübe, die die Registrierkasse benötigte, waren mit den vorhandenen Motoren nicht möglich, so dass Kettering eine Kupplungsanordnung entwickelte, um den Energiebedarf der Radbewegungen in der Registrierkasse zu verbessern und genau darauf abzustimmen.

Elektrischer Anlasser

Die Erfindung von Kettering und Deeds, die zur Gründung ihres Werks Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO) führte, wies prinzipielle Ähnlichkeiten mit dem Registrierkassenmotor auf, da sie einen kurzen, intensiven Stromstoß lieferte. Da dieses Gerät den Betrieb des Automobils verbesserte, war sein Erfolg sicher und dauerhaft.

Benzinmotoren erfordern, dass die Kolben in Bewegung sind, bevor die Zündung erfolgt, und daher muss ein externes Mittel verwendet werden, um sie in Bewegung zu setzen. Einmal in Bewegung, übernimmt die eigene Kraft des Motors den Zündvorgang.

Bis dahin wurden Automobile durch Kurbeln von Hand gestartet: ein Vorgang, der Kraft und Reflexe erforderte. Die Kraft war nötig, um die mit dem großen Schwungrad verbundene Handkurbel zu drehen und so die Kurbelwelle zu bewegen und die Motorteile in Bewegung zu setzen. Schnelle Reflexe waren erforderlich, damit der Bediener sofort zur Seite treten konnte, sobald der Motor ansprang, und um den gefährlichen und kräftigen „Rückschlag“ der Drehkurbel zu vermeiden, wenn der Motor ansprang und die Notwendigkeit der Kurbel abwarf. Henry Leland, der Chef der Cadillac Motor Co. hatte einen Freund verloren, der durch einen solchen „Rückstoß“ verletzt wurde und später starb. Sobald er verfügbar war, baute er den neuen elektrischen Anlasser in alle Cadillac-Modelle ein.

Kettering und Deeds erkannten, dass der elektrische Anlasser eine hohe Anfangsenergie benötigte, um das Schwungrad zu drehen und die Kolben des Motors in Bewegung zu setzen. Sobald sich die Kolben in Bewegung setzten, würde die Zündung in den Zylindern stattfinden und der Motor würde den Betrieb übernehmen. Der Anlasser nutzte den vorhandenen niedrigen Strom der Autobatterie, verstärkte ihn und erzeugte den hohen Strom und die Motorkraft, die das Schwungrad drehte und das Gas in den Motorzylindern zur Explosion brachte. Sobald der Kolbentakt in Gang gesetzt wurde, schaltete ein Relais den Anlasser ab, und der Motor betrieb das Fahrzeug, lud die Batterie auf und versorgte auch andere Schwachstromanwendungen wie die Beleuchtung. Der elektrische Anlasser war Gegenstand des US-Patents Nr. 1.150.523, das Charles Kettering und Clyde Coleman erteilt wurde.

Motorklopfen

Das „Klopfen“ eines Automotors ist ein hämmerndes oder klopfendes Geräusch, das mit ungewöhnlichen Motorvibrationen und folglich erhöhtem Motorverschleiß einhergeht. Es wird durch eine unkontrollierte Zündung des komprimierten Benzin-Luft-Gemisches in den Kolben des Motors verursacht. Die dabei entstehenden unregelmäßigen Spannungen schädigen die Kolben- und Zylinderwerkstoffe und führen zu dem Klopfgeräusch und dem Motorverschleiß.

Nachdem sie das Problem zunächst systematisch definiert hatten, untersuchten Kettering und Thomas Midgley, Jr. mit Hilfe einer Monographie die Wirkung der Kolben in ihrem Testmotor und stellten fest, dass das Klopfen nicht durch eine vorzeitige Zündung durch die Batterieanordnung des Selbststarters, sondern durch einen Druckanstieg nach der Zündung der Zündkerze verursacht wurde. Der nächste Schritt bestand darin, eine Reihe möglicher Theorien aufzustellen und jede einzelne zu testen. Sie kamen zu dem Schluss, dass die Lösung in der Verwendung eines Benzinzusatzes lag, so dass eine Reihe von Vorschlägen gemacht, ausprobiert und die Ergebnisse ausgewertet wurden.

Im ersten Experiment wurde die Theorie getestet, dass ein rot gefärbtes Material Wärme absorbieren und die Zylinderbedingungen verbessern könnte. Jod, das rot ist, wurde erfolgreich ausprobiert, aber ein Folgeversuch mit roten Anilinfarbstoffen schlug fehl, wodurch die Theorie der „roten Färbung“ widerlegt wurde. Als nächstes erwies sich farbloses Ethyljodid als wirksam, und die chemische Forschung wurde fortgesetzt. Während des Ersten Weltkriegs wurde das Team zur Arbeit an Flugzeugtreibstoffen abgezogen und testete eine breite Palette von Chemikalien für die Luftfahrt: Ethanol, Erdölaromaten wie Benzol, Erdölolefine, Ether und Paraffine. In ihrer endgültigen Entscheidung empfahlen sie eine Mischung aus Benzol und Benzin, doch das Kriegsende machte die Produktionspläne zunichte und die Forscher kehrten zu zivilen Zwecken zurück. Auch hier war Jod der beste Kandidat für ein Antiklopfmittel, aber es war korrosiv und teuer. Der Enthusiasmus erlahmte und die Forschung stockte, bis Kettering auf einen Artikel über die Wirksamkeit von Selen als Zusatzstoff stieß; Midgley war wieder voller Tatendrang. Sein neuer Ansatz bestand darin, eine Liste von Elementen zu erstellen, die als Kandidaten in Frage kamen, und die Wirksamkeit der einzelnen Elemente in seinem Einzylinder-Labormotor systematisch zu überprüfen. Die Liste umfasste Tellur, Arsen, Silber, Silizium, Germanium, Blei und Zinn.

Im Dezember 1921, nach sieben Jahren Forschung, wurde festgestellt, dass sehr kleine Mengen Blei, in Ethanol gelöst und dem Benzin zugesetzt, das Motorklopfen vollständig beseitigten. Motorleistung und Wirkungsgrad stiegen, und Tetraethylblei wurde für viele Jahre der führende Benzinzusatz, bis man sich der Gefahren des atmosphärischen Bleis bewusst wurde.

Weitere Entwicklungen

Kettering hatte den Delco-Lichtgenerator erfunden, der das Leben auf dem Lande revolutionierte, indem er die für Arbeit und Freizeit verfügbaren Lichtstunden verlängerte. Durch einfaches Umlegen des elektrischen Schalters für den Benzinmotor wurden die Batterien vollständig aufgeladen und nachgeladen. Im Jahr 1918 konnte eine Drei-Kilowatt-Lichtanlage von einem Einzylindermotor mit 5 PS angetrieben werden.

Ein weiteres von Midgley und Kettering entwickeltes Material mit enormen Auswirkungen war Freon, eine Gruppe von Halogenkohlenstoffverbindungen, die das giftige Ammoniak und Schwefeldioxid als Kühlmittel ersetzten. Kühlkompressoren, die mit nicht brennbaren, ungiftigen und chemisch inerten Chemikalien arbeiten, fanden breite Akzeptanz, und ihr Einsatz erweiterte die Möglichkeiten der Lebensmittellagerung und verlängerte über die Klimaanlage den Komfort und die Arbeitszeiten der Arbeitnehmer.

Das US-Patent Nr. 1.886.339 für Dichlordifluormethan, das erste Freon, wurde am 31. Dezember 1928 an Frigidaire, die von Kettering geleitete General Motors Division, erteilt. Die Dupont Company übernahm die kommerzielle Herstellung von Freonen, und die Produktlinie wuchs auf über zwanzig verschiedene Produkte an, die sich durch die Länge der aliphatischen Kohlenstoffkette und den Grad der Chlor- und Fluorsubstitution unterscheiden. Die Anwendungen wurden auf Aerosol-Treibmittel und Inhalatoren ausgeweitet. Die Verwendung von Freon wurde schrittweise eingestellt, als in den 1970er Jahren entdeckt wurde, dass die Verbindungen die schützende Ozonschicht der Erde abbauen

Danksagung

Charles F. Kettering war Inhaber oder Mitinhaber von mehr als 300 Patenten. Sie umfassen unter anderem die Motorisierung der Registrierkasse, den elektrischen Autoanlasser, einen tragbaren Beleuchtungsgenerator, verbleites Benzin, das Kältemittel Freon, Autolacke, einen Brutkasten für Frühgeborene und eine Behandlung für Geschlechtskrankheiten.

Er erhielt zahlreiche Ehrendoktorwürden und -grade sowie Dutzende weiterer Auszeichnungen und Medaillen.

Seinen Namen tragen die Charles F. Kettering Foundation für medizinische Forschung, dem Sloan-Kettering Institute for Cancer Research, dem Charles F. Kettering Memorial Hospital und der Kettering University verewigt.

Der jährliche Charles F. Kettering Prize, der von der General Motors Cancer Research Foundation ins Leben gerufen wurde, ehrt den herausragendsten Beitrag der letzten Zeit zur Diagnose oder Behandlung von Krebs.

Charles F. Kettering wurde 1936 vom Franklin Institute mit der Franklin Medal für die Wissenschaft der Automobiltechnik ausgezeichnet.

Credits

Die Charles F. Kettering-Präsentation wird durch die Unterstützung der Barra Foundation und von Unisys ermöglicht.

Diese Website ist das Ergebnis der Arbeit eines internen Sonderprojektteams am Franklin Institute, das unter der Leitung von Carol Parssinen, Senior Vice-President für das Center for Innovation in Science Learning, und Bo Hammer, Vice-President für das Franklin Center, steht.

Die Mitglieder des Sonderprojektteams aus der Abteilung für Bildungstechnologie sind:
Karen Elinich, Barbara Holberg, Margaret Ennis und Zach Williams.

Die Mitglieder des Sonderprojektteams aus der Abteilung für Kuratorien sind:
John Alviti.

Die Mitglieder des Projektbeirats sind:
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger und Susan Yoon.