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Entwicklung des G-Laders und anderer Spirallader

 

Das Grundprinzip des G-Laders führt auf die Entwicklung des Franzosen Léon Creux zurück, der im Jahr 1905 einen Spiralverdichter zum Patent anmeldete. Zu dieser Zeit war jedoch an eine Produktion solcher Spirallader nicht zu denken, da es an den Möglichkeiten fehlte, Bauteile mit der nötigen Präzision herzustellen. Im zweiten Weltkrieg kam der Bedarf auf, Motoren von Flugzeugen aufzuladen um in der Höhe abnehmende Luftdichte zu kompensieren - anderenfalls hätten die Flugzeugmotoren in großer Höhe nicht die volle Leistung entwickelt. Her sollen bereits Spiralverdichter zum Einsatz gekommen sein.

Im Laufe der Zeit griffen einige Firmen (wie z.B. Pierburg) das Konzept für den PKW-Sektor auf, verfolgten es aber auf Grund der hohen Toleranzanforderungen beim Fertigungsprozess aber nicht bis zur Serienreife. Im Jahr 1978 wurde Dr. Ernst Fiala, damaliger Entwicklungschef bei Volkswagen, auf den Spirallader aufmerksam. Es folgten zahlreiche Prototypen des später "G-Lader" genannten Spiralverdichters, es wurde mit verschiedenen Kammerbreiten sowie unterschiedlichen inneren Verdichtungen experimentiert.

 

Prof. Ulrich Seiffert (VW Technikchef ab 1.9.1988) mit Prof. Ernst Fiala (VW Technikchef bis 1.9.1988)

 

Einen ersten Prototypen eines mit "Kompressor" aufgeladenen VW Polo GT bekam die Öffentlichkeit 1983 zu Gesicht. Und obwohl nur ein Jahr später (1984) mit der Studie "Polo Sprint" ein neuartiger Spirallader der breiten Öffentlichkeit präsentiert wurde, hüllte sich Volkswagen zunächst noch in geheimnisvolles Schweigen. Erst zur IAA 1985 wurde offiziell das neue Aufladungskonzept des G-Laders der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.
Den Namen "G-Lader" leiteten die Ingenieure aus der Form der Spiralgänge ab, die an den Buchstaben "G" erinnern. Die Zahl in den Modellbezeichnungen "G40" bzw. "G60" beschreibt die Kammerbreite, 40.0 und 59.5 mm. Zum Beweis der Standfestigkeit ließ Volkswagen drei G40-Prototypen auf der Hochgeschwindigkeitsteststrecke in Ehra-Lessien 24 Stunden  lang ihre Kreise ziehen. Neben der Aufstellung eines neuen Höchstgeschwindigkeitsweltrekords in dieser Klasse konnte die Zuverlässigkeit eindrucksvoll unter Beweis gestellt werden. Erst 1987 sollte der G-Lader im auf vorerst 500 Fahrzeuge limitierten Polo GT G40 in Serie gehen, außerdem wurden 40 Fahrzeuge von Volkswagen Motorsport in Hannover auf die Rennstrecke geschickt. Weitere Dauertests wurden 1987 mit einem Golf G60 und 1988 mit einem Corrado G60 ausgefahren.

Bis Ende der 1980er Jahre bestand seitens der Entwicklungsabteilung eine begründete Hoffnung, der G-Lader könnte in noch größeren Stückzahlen gefertigt und die Herstellungskosten der Baugruppe somit gesenkt werden. Es war von Anfang an geplant, den G-Lader auch an Dieselmotoren in Serie zu verbauten und Tests dazu verliefen nach Aussagen damaliger Entwickler überaus viel versprechend. So ist es denkbar, dass aus dem berühmten 1.9 TDI mit 90 und 110 PS z.B. aus VW Golf III und Passat 35i ein 1.9er Diesel mit G40 oder G60-Lader geworden wäre. Ebenfalls liefen im Hintergrund Gespräche mit einem Stuttgarter Automobilhersteller, den G-Lader gemeinsam in Großserie zu fertigen - doch für ein spezielles Roadster-Modell wurde zu Gunsten eines Eaton Kompressors entschieden.

Zu diesem Zeitpunkt waren so ziemlich alle Schwächen des G-Lader ausgemerzt. Die Fertigung der Komponenten war inzwischen unproblematisch, aber aufgrund der noch geringen Stückzahlen (nur Serienmodelle Polo, Golf, Passat - der Corrado G60 wurde durch den VR6 ersetzt und der Golf III später auch nur mit VR6 in der Top-Motorisierung angeboten) im Verhältnis zu teuer. Konstruktive Optimierungen wurden z.B. noch am Verdränger vorgenommen, der so genannte "Freischnitte" erhielt, damit die Kammerwände auch unter Last und Schwingungen nicht mehr an den Gehäusewänden anstießen. Außerdem wurde die Nabe des Verdrängers über die Generationen insoweit optimiert, dass die Abstützung zur Grundplatte stabiler wurde und trotzdem Überströmöffnungen in ausreichender Größe möglich waren.

Den finalen Abschluss der G-Lader Ära besiegelte Ferdinand Piech höchstpersönlich, der -wie es aus glaubhaften Quellen gesagt wird- ein großer Fan des G-Laders war. Der Abgasturbolader war inzwischen preislich ungeschlagen günstig und die VTG-Technik (=variable Turbinengeometrie; eine je nach Lastzustand im Anstellwinkel verstellbare Turbinenschaufel) ausgereift. Piech nahm zwei speziell für einen Fahrversuch präparierte Audi mit Dieselmotor unter die Lupe - einen mit G-Lader und einen mit VTG-Turbolader. Obwohl der Diesel-G-Lader im Fahrversuch überlegen gewesen sein soll, wurde final beschlossen, den G-Lader nicht länger weiter zu entwickeln und stattdessen die in der Anschaffung günstigeren Abgasturbolader zu verbauen.



G-Lader Entwicklungsteam auf der Bühne des Volkswagen AutoMuseums in Wolfsburg beim Polo 2 G40 Treffen 2010; in der Mitte sitzt der Webmaster dieser Seite



G-Lader Fertigung

 

Die Bauteile des G-Laders lassen kaum Spiel für Toleranzen übrig, da sich die Kammerwände in den Abeitsräumen zwischen Aluminiumgehäuse und dem Verdränger aus Magnesiumlegierung bis auf zehntel Millimeter nähern und sich nicht berühren dürfen. Die Hoffnung, man könne die Bauteile aus Druckguss ohne Nachbearbeitung übernehmen erfüllte sich daher nicht. In den ersten Generationen des in Serie gefertigten G-Laders kamen Hochgeschwindigkeitsfräsen zum Nacharbeiten der Gussbauteile zum Einsatz. Weil die Technik der computergesteuerten Hochgeschwindigkeitsfräsen (CNC) Mitte der achtziger Jahre noch in den Kinderschuhen steckte, waren große Ausschusszahlen bei den produzierten Komponenten hinzunehmen. Außerdem mussten Komponenten mit ähnlichen Fertigungstoleranzen manuell gepaart werden, die ersten G-Lader wurden also faktisch "handverlesen". Die Produktion der ersten G-Lader hat Volkswagen in Kassel und Salzgitter noch selbst übernommen, da sich kein externer Hersteller dazu in der Lage sah.
Erst Anfang der neunziger Jahre waren die Fertigungsprozesse soweit ausgereift, dass die Produktion des G-Laders ohne große Ausschussmengen möglich war. Fortan wurden die Gusskomponenten von der Firma Schweitzer und die Wellen von FAG geliefert und die G-Lader bei der Firma Weber montiert.

 

 


Parallelentwicklung Ecodyno / "G50"


Etwa zu der Zeit, in der Volkswagen schon den Serieneinsatz des G-Laders im VW Polo G40 ankündigte, wurden in der schweizer Firma Aginfor der Ingenieur Fritz W. Spinnler sowie Konstrukteur Roland W. Kolb erste Prototypen eines parallel entwickelten Spiralladers erprobt. Später reifte das Projekt unter der Firma SIG zur Kleinserienfertigung des so genannten "Ecodyno". Bei der Konstruktion des Ecodynos fokussierte man bereits Probleme, die beim VW G-Lader häufig auftraten: die thermische Belastung des Führungslagers - auch "Wackelauge" genannt. Da sich beim VW G-Lader das Elastomer zum Ausgleich der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Verdränger- und Gehäusemetalllegierung im Laufe der Alterung unter ständiger Hitzeeinwirkung versprödete, kamen die Entwickler des Ecodynos gänzlich ohne Elastomer aus und lagerten das Gleitlager in einem Ausleger - dem so genannten "Spatzenbein".


Nachfolger Handtmann Spirallader HSL / HSLn

Im Oktober 2009 stellte die Firma Handtmann auf der IAA in Frankfurt den Prototypen eines Laders vor, der nach dem Spiralverdichterprinzip arbeitet. Der "Handtmann Spirallader" - abgekürzt HSL - war speziell für die Doppelaufladung vorgesehen. Die Konstruktion zeigte große Ähnlichkeiten zum Volkswagen G-Lader, so waren Gehäusehälften und Verdränger aus Aluminium- und Magnesium-Guss und CNC-nachbearbeitet. Die Ölversorgun
g des HSL hat einen eigenen Druckregler und konnte direkt an den Kreislauf des Motors angeschlossen werden. Eine Weiterentwicklung des HSL war der HSLn, der offenbar in der Größenskalierung einfacher zu variieren war. Generell hält sich die Firma Handtmann mit Informationen sehr bedeckt, offenbar weil das Interesse der Automobilindustrie bislang nicht das erwünschte Maß erreicht. Man hörte zwar von Versuchen und Prüfungen durch bekannte PKW-Hersteller, aber in die Serienproduktion gelangte bis dato nichts. Beispiele: der HSL wurde durch die Firma Bertrandt in einem VW Golf VI 1.4 TSI (Serie 118 kW / 240 NM) statt dem Roots-Lader getestet. Beim Golf HSLT konnten mit HSL und Abgasturbolader 175 kW und 355 NM gemessen werden. Eine weitere Testreihe betraf ein so genanntes "Low Cost"-Aggregat für den Automobilbereich mit einem hierfür eher untypischen Prinzip: ein Zweizylinder-Zweitakt-Diesel mit 900cm³. Da ein Zweitakt-Dieselaggregat das Gemisch jedoch nicht vorverdichtet, ist eine Zwangsbelüftung erforderlich. Diese wurde mittels eines HSL Spiralladers realisiert.
Auf Nachfrage bestätigt die Firma Handtmann, aktuell Projekte mit Automobilherstellern laufen zu haben und zusätzlich an einer neuen, elektrisch angetriebenen Version des Spiralladers (HSLn) zu arbeiten für den Einsatz in zweistufig aufgeladenen Otto- und Dieselmotoren.


Weiterführender Link zum Thema: > www.ausleidenschaft.de <

G-Lader Nachbauten


Seit einigen Jahren versuchen sich Firmen daran, Komponenten und auch ganze G-Lader nachzufertigen. Da das Druckguss-Verfahren für die zu erwartenden Stückzahlen viel zu aufwendig und teuer ist, werden Gehäusehälften und Verdränger meistens aus einem vollen Werkstoffblock gefräst. Speziell bei der Magnesium-Legierung des Verdrängers ist auch das verhältnismäßig teuer, so dass viele Nachfertigungen aus Aluminium hergestellt werden. Dieser Verdränger ist dann allerdings viel zu schwer und muss mit Ausbohrungen im Vollmaterial der Grundplatte nachträglich erleichtert werden. Dies ist als kritisch zu betrachten, da die Grundplatte nicht mehr die volle Stabilität gegenüber Verzug und Schwingungen hat.
Auch wenn seit den 1980er Jahren die CNC-Fräsmaschinen deutlich besser geworden sind und gute Maschinen auch für Kleinbetriebe erschwinglich geworden sind, bleiben Restprobleme in den Fertigungstoleranzen. Mangels Neufertigungen unter originalen Parametern besteht die Frage, inwieweit solche Nachfertigungen irgendwann zu einzigen Alternative werden.

Spirallader in der Kälte- und Klimatechnik

In der Kälte- und Klimatechnik hat sich das Spiralladerprinzip schon lange etabliert, daher sehen viele Klimakompressoren im Inneren einem VW G-Lader sehr ähnlich. Auch in stationären Kälte- und Klimaanlagen hat sich das von Leon Creux patentierte Prinzip durchgesetzt.

 

Obgleich der G-Lader bzw. generell der Spiralverdichter mit 60 bis 70 Prozent Gesamtwirkungsgrad zweifelsfrei eines der effizientesten Aufladungssysteme darstellt, fiel die Wahl der von Volkwagen auf den deutlich günstiger zu produzierenden Abgasturbolader. Das Hauptargument während der Produktionsphase des G-Laders, das beim Abgasturbolader auftretende "Turbo-Loch", verlor mit Entwicklung der variablen Turbinengeometrie (VTG) an Bedeutung. Bis Ende der neunziger Jahre produzierte Volkswagen daher nur noch kleine Mengen des G-Laders zur Ersatzteilversorgung, dennoch ist der G-Lader schon jetzt mangels ausreichender Verschleißteilversorgung und absehbarem Produktionsstopp neuer G-Lader zum Aussterben verurteilt. Genau darin sehen viele Fans den besonderen Reiz und das Fahren eines G-Laders hat schon heute eine gewisse Exklusivität, die nicht zuletzt durch den einzigartigen Klang des G-Lader-Motors begründet wird.

 

Text und Bilder (C) Sebastian Winkler - www.g-lader.info