Introduktion
Charles F. Ketterings intresse för vetenskapen om bilmotorer växte efter att en kollega bad om hjälp med en bil som han höll på att bygga från en byggsats. Med en benägenhet för uppfinningar och affärer var Kettering en inflytelserik ledare, en livslång lärare och en entusiastisk talesman och förespråkare för kraften i det tekniska framåtskridandet.
Hur fick Charles Kettering sin start, och vilka bidrag gjorde han till biltekniken?
Perseverans
Charles Franklin Kettering föddes på en gård i närheten av Loudonville, Ohio, den 29 augusti 1876. Han var det fjärde av fem barn till Jacob Kettering och Martha Hunter Kettering. Han upplevde moderns stränghet och faderns ansvar som jordbrukare, vilket gav honom ett intresse för mekaniskt ”pyssel”. Efter att ha gått ut gymnasiet började Kettering undervisa i en närliggande enrumsskola. Han slutade två år senare för att börja på College of Wooster, men på grund av svaga synproblem återvände han till läraryrket. Ytterligare två år senare började Kettering vid Ohio State University, men återigen fick hans synproblem honom att lämna universitetet. Han började arbeta med ett team som installerade telefonledningar för att föra denna nya uppfinning över landsbygden. Han återvände ännu en gång till Ohio State, höll ut och tog till slut, vid 28 års ålder, en examen i elektroteknik. Universitetet rekommenderade honom för anställning vid National Cash Register Company (NCR) i Dayton, Ohio.
High-Energy Ignition
Har han anställts som försöksingenjör 1904 var Ketterings första uppgift att motorisera kassorna; det tog ett år för hans team att uppfinna en elektrisk motor som kunde användas för alla NCR-modeller. Ytterligare arbete av Ketterings separata team under de följande fyra åren lade till grunderna för bokföringsmaskiner, lågprisregister och intern kommunikation i varuhusen.
Kettering gifte sig 1905 med Olive Williams från Ashland, Ohio, och deras enda barn, Eugene Williams, föddes den 20 april 1908.
Ketterings intresse för den nya vetenskapen om bilmotorer växte när en kollega, Edward Deeds, bad om hjälp med en bil som han själv höll på att bygga från en byggsats. På Deeds begäran och med fritidshjälp från andra NCR-vänner utvecklade Kettering ett gnisttändningssystem med hög energi för att ersätta den modell med svag gnista som levererades med byggsatsen. När Kettering lämnade NCR 1909 koncentrerade han sig på den slutliga utvecklingen av detta tändsystem och demonstrationerna mottogs positivt. Med denna respons skapade Kettering och Deeds omedelbart Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO).
Utvecklingen av en elektrisk självstartare ersatte den besvärliga och ibland farliga metoden att starta bilen för hand. Som tidens mest framstående fordonsingenjör fokuserade Kettering på tillämpad vetenskap och uppfinningsrikedom snarare än teoretiska överväganden och satte sin forskningspersonal i arbete. Deras experimentella tillvägagångssätt innebar en rad motiverade försök men ingen uttalad hypotes att bevisa. Delco började omvandla deras prototyp till en version som kunde massproduceras för att införlivas i 1912 års Cadillac-modeller.
Bright Idea
Under denna tid var Kettering också upptagen av en idé som härstammade från hans uppväxt och hans första jobb – att förse amerikanska landsbygdsområden med elektricitet som ledningsnätet inte nådde. Den resulterande Delco Light Generator revolutionerade livet på landsbygden genom att tillhandahålla en kraftfull ljuskälla som förlängde dagen och en motordriven källa för maskinkraft. Generatorn bestod av blybatterier som laddades och återladdades från en bensinmotor utrustad med en elektrisk startmotor.
Kettering och Deeds sålde den blomstrande Delco-verksamheten till General Motors 1916 och grundade samma år Dayton-Wright Airplane Company tillsammans med H. E. Talbott och tog in Orville Wright som deras flygkonsult. Företaget levererade flygplan och motorer under första världskriget och köptes så småningom av General Motors.
Forskningsinsatser
I samband med att bilindustrin avancerade i Detroit rekryterade Alfred P. Sloan från General Motors två år senare Kettering för att leda hela företagets forskningsinsatser. Ett centrum, General Motors Research Corporation, byggdes i Dayton för detta enda syfte. Kettering, som var en flitig uppfinnare, ledde undersökningar inom alla områden för att förbättra bilindustrin, med tonvikt på de områden som direkt skulle gynna kunderna. Framsteg gjordes inom säkerhet och alla bilprocesser: bromsar, växlar, fjädring och belysning. Det ledde också till tillfälliga upptäckter, t.ex. kylmedlet Freon, som används för kylning.
Ketterings mest använda uppfinning var användningen av tetraetylbly som bensintillsats för att lösa problemet med ”knackning” i motorn, en ofullständig förbränning av bränslet som leder till ett snabbt slitage av motorn. Forskargruppen kom fram till blylösningen efter att ha kontrollerat många geniala tillvägagångssätt och olika additivkandidater under en period av sju år som ledde fram till introduktionen 1923. Den förblev i bruk tills man på 1960-talet – efter Ketterings död – insåg dess hälsorisker och övergick till blyfri bensin.
Kettering riktade sedan sin uppmärksamhet mot dieselmotorer, inspirerad av deras låga bränsleförbrukning och höga effektpotential. Kettering experimenterade med dieseldrift på sin egen yacht, assisterad av sin son Eugene i konstruktionsstadiet, och såg resultatet av sitt arbete när General Motors tillverkade det första dieseldrivna godslokomotivet 1939.
Ledare och lärare
Med sin fallenhet för uppfinningar och affärer blev Kettering en inflytelserik ledare och en livslång lärare. Han var en entusiastisk talesman och förespråkare av den tekniska utvecklingens kraft och drev sina intressen i alla moderna idéer och metoder. På General Motors införde han en ny samarbetsinriktad inlärningsmetod för utbildning av anställda: 1926 började General Motors Institute (utvecklat från Flint YMCA School of Automotive Trades) att utbilda anställda med en kombination av teori i klassrummet och praktisk erfarenhet på arbetsplatsen.
Kettering Foundation for Medical Research grundades 1927, och 1945 grundade Kettering tillsammans med Alfred P. Sloan Sloane-Kettering Institute för cancerbehandling. Hans syster hade dött av en tumör i halsen 1944 och hans fru Olive dog två år senare av bukspottkörtelcancer. Som det anstår en medlem av Horatio Alger-sällskapet exemplifierar Kettering Foundation sin grundares sociala filosofi om att forska om förhållandet mellan demokrati och allmänheten.
Senare drabbades Kettering av ett antal slaganfall men fortsatte ändå som konsult för General Motors under hela sitt liv. Charles Kettering (med smeknamnet ”Boss Ket”) dog den 25 november 1958 i sitt hem i Dayton, Ohio.
Radiosamtal
Transkriven från en serie radiosamtal som Charles Kettering höll mellan september 1942 och juli 1945.
”Forskning är inte alls något fysiskt utan bara ett sinnestillstånd. Det är ett enkelt organiserat sätt att försöka åstadkomma något man vill göra – så enkelt att vem som helst kan göra Research var som helst och när som helst.
Först väljer man ut det problem man vill lösa, sedan listar man minst tio anledningar till varför detta inte har lösts. Men när du väljer problemet ska du se till att analysera det noggrant för att se om det är värt besväret. Det krävs lika mycket ansträngning för att lösa ett onödigt problem som ett användbart. Se till att spelet är värt ljuset.
Efter att noggrant – och jag vill betona ordet ”noggrant” – ha valt ut problemet och de tio saker som står mellan dig och lösningen, använder du sedan samma förfarande som när du löser ett korsord. Man tar de lätta hindren först och genom en elimineringsprocess kommer man fram till ett eller två större hinder. För att lösa de återstående hindren kan du behöva några enkla apparater, men det du förmodligen behöver mest är oändligt tålamod och uthållighet.”
”Enligt min åsikt är ett uns experimenterande värt ett pund obeprövad teori.”
Första uppdraget
År 1904 var Ketterings första uppdrag på National Cash Register att uppfinna en motoriserad ersättare till den handspak som operatören behövde dra i vid varje transaktion i kassan. Hans lösning var att lägga till en liten elektrisk motor i maskinen. De korta och kraftiga energitillskott som registret krävde var inte möjliga med befintliga motorer, så Kettering utarbetade ett kopplingsarrangemang för att uppgradera och exakt matcha kraftbehovet hos hjulens rörelser i registret.
Elektrisk startmotor
Den uppfinning som Kettering och Deeds gjorde och som ledde till att de grundade sin anläggning Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO) hade principiella likheter med kassaregistermotorn, i det avseendet att den gav en kort och intensiv elspurten. Eftersom denna anordning förbättrade bilens funktion var dess framgång säker och permanent.
Bensinmotorer kräver att kolvarna är i rörelse innan tändning sker och därför måste ett externt medel användas för att sätta dem i rörelse. När motorn väl är i rörelse tar motorns egen kraft över tändningen.
Fram till dess startades bilarna med hjälp av handkraft: en process som krävde styrka och reflexer. Det krävdes styrka för att vrida handveven som var kopplad till det stora svänghjulet och på så sätt flytta vevaxeln och sätta motordelarna i rörelse. Det krävdes snabba reflexer för att operatören omedelbart skulle kunna kliva åt sidan när motorn startade och undvika den farliga och kraftfulla ”spark tillbaka” på vridhandtaget när motorn startade och gjorde att man inte behövde använda veven. Henry Leland, chef för Cadillac Motor Co, hade förlorat en vän som skadades och senare dog av en sådan ”kick back”. Så snart den var tillgänglig inkluderade han den nya elektriska startmotorn i alla Cadillac-modeller.
Kettering och Deeds insåg att den elektriska startmotorn behövde hög initialenergi för att vrida svänghjulet och få igång motorns kolvar. När kolvarna började röra sig skulle tändning ske i cylindrarna och motorn skulle ta över driften. Deras startmotor använde den befintliga, låga strömmen från bilens batteri, ökade den och skapade den höga strömmen och motoreffekten som vred svänghjulet och sprängde gasen i motorns cylindrar. När kolvcykeln hade startat kopplade ett relä bort startmotorn och motorn drev fordonet och laddningen av batteriet samt andra lågströmsbehov som t.ex. belysning. Den elektriska startmotorn var föremål för Förenta staternas patent nr 1 150 523, utfärdat till Charles Kettering och Clyde Coleman.
Motorns knackning
Motorns knackning är ett hamrande eller pingande ljud som förknippas med ovanliga motorvibrationer och därmed ökat motorslitage. Det orsakas av okontrollerad antändning av den komprimerade bensin/luftblandningen i motorns kolvar. De oregelbundna spänningar som byggs upp skadar kolv- och cylindermaterialen och resulterar i knackningsljudet och motorslitage.
Efter sitt systematiska forskningsprotokoll där de först definierade problemet använde Kettering och Thomas Midgley, Jr. en monografi för att inspektera kolvarnas verkan i sin testmotor och fann att knackningen inte orsakades av en för tidig tändning från det självstartande batteriarrangemanget, utan av en tryckökning efter tändstiftsanslutningen. Deras nästa steg var att ställa upp en rad möjliga teorier och testa var och en av dem. De bestämde sig för att lösningen låg i att använda en bensintillsats, så en rad olika föreslogs och testades och deras resultat utvärderades.
Det första experimentet testade teorin om att rödfärgat material skulle kunna absorbera värme och korrigera cylinderförhållandena. Jod, som är rött, provades med framgång men en uppföljning med röda anilinfärgämnen misslyckades, vilket motbevisade teorin om ”rödfärgning”. Därefter visade sig färglös etyljodid vara effektiv och deras kemiska forskning fortsatte. Under första världskriget omfördelades teamet till arbete med flygbränslen och testade ett stort antal kemikalier för flygtillämpningar: etanol, petroleumaromater som bensen, petroleumolefiner, etrar och paraffiner. I sitt slutliga beslut rekommenderade de en blandning av bensen och bensin, men i samband med krigsslutet avbröts produktionsplanerna och forskarna återgick till sina civila sysslor. Återigen var jod den bästa kandidaten för att motverka knackning, men det var frätande och dyrt. Entusiasmen avtog och forskningen stannade upp tills Kettering råkade ut för en artikel om effektiviteten hos selen som tillsats; Midgley fick ny energi. Hans nya tillvägagångssätt var att skapa en lista över element som kandidater och systematiskt kontrollera effektiviteten för varje element i sin encylindriga laboratorietestmotor. Listan innehöll tellur, arsenik, silver, kisel, germanium, bly och tenn.
I december 1921, efter sju års forskning, fann man att mycket små mängder bly, upplöst i etanol och tillsatt till bensin, tog bort motorns knackningar helt och hållet. Motoreffekten och effektiviteten ökade och tetraetylbly blev den ledande bensintillsatsen under många år framöver, tills man insåg farorna med atmosfäriskt bly.
Andra utvecklingar
Kettering hade uppfunnit Delcos ljusgenerator som revolutionerade livet på landsbygden genom att förlänga de ljustimmar som var tillgängliga för arbete och rekreation. Det räckte med att flytta den elektriska kontakten för bensinmotorn för att batterierna skulle laddas fullt ut och laddas upp. År 1918 kunde en ljusanläggning på tre kilowatt drivas av en encylindrig motor på 5 hästkrafter.
Ett annat material som Midgley och Kettering utvecklade och som fick enorma konsekvenser var Freon, en grupp halogenkarbonföreningar som ersatte de giftiga ammoniak- och svaveldioxiderna som köldmedier. Kylskåpskompressorer som arbetade med kemikalier som var obrännbara, icke-toxiska och kemiskt inerta fick stor acceptans och deras användning utvidgade räckvidden för lagring av livsmedel och, via luftkonditionering, förlängde arbetarnas komfort och användningstid.
USA-patent nr 1 886 339 för diklordifluormetan, det första freonet, utfärdades till Frigidaire, General Motors-divisionen som leddes av Kettering, den 31 december 1928. Dupont Company tog på sig den kommersiella tillverkningen av freoner och sortimentet växte till över tjugo olika produkter som skiljer sig åt genom längden på den alifatiska kolkedjan och graden av klor- och fluorsubstitution. Deras användningsområden utvidgades till att omfatta aerosoldrivmedel och inhalatorer. Freonanvändningen avvecklades successivt när man på 1970-talet upptäckte att föreningarna bryter ned jordens skyddande ozonskikt
Acknowledgement
Charles F. Kettering var innehavare eller medinnehavare av mer än 300 patent. De omfattar bland annat: motorisering av kassaregister, elektrisk bilstartare, bärbar belysningsgenerator, blyhaltig bensin, köldmedium Freon, bilfärg, en kuvös för för tidigt födda barn och en behandling för könssjukdomar.
Han fick många hedersdoktorat och hedersgrader samt dussintals andra utmärkelser och medaljer.
Hans namn är ihågkommet i Charles F. Kettering Foundation för medicinsk forskning, Sloan-Kettering Institute for Cancer Research, Charles F. Kettering Memorial Hospital och Kettering University.
Det årliga Charles F. Kettering-priset, som skapats av General Motors Cancer Research Foundation, hedrar det mest framstående bidraget på senare tid till diagnosen eller behandlingen av cancer.
Charles F. Kettering tilldelades 1936 Franklinmedaljen av Franklininstitutet för vetenskap inom bilteknik.
Credits
Presentationen av Charles F. Kettering möjliggörs genom stöd från The Barra Foundation och Unisys.
Denna webbplats är en insats av ett internt specialprojektteam vid The Franklin Institute, som arbetar under ledning av Carol Parssinen, förste vice ordförande för Center for Innovation in Science Learning, och Bo Hammer, vice ordförande för The Franklin Center.
Medlemmar i den särskilda projektgruppen från avdelningen för utbildningsteknik är:
Karen Elinich, Barbara Holberg, Margaret Ennis och Zach Williams.
Medlemmar i den särskilda projektgruppen från avdelningen för kuratorer är:
John Alviti.
Medlemmar i projektets rådgivande nämnd är:
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger och Susan Yoon.