Lader

Ein Lader ist ein mechanischer Luftverdichter, der direkt von der Kurbelwelle oder Nockenwelle des Motors angetrieben wird, üblicherweise über einen Keilriemen oder eine Kettenkopplung. Er presst dichtere Luft in den Brennraum, sodass pro Zyklus mehr Kraftstoff verbrennt und der Spitzendruck sowie die Leistung ansteigen. Im Gegensatz zu einem Turbolader, der die Energie der Abgase nutzt, entzieht der Lader die mechanische Kraft dem Motor selbst.

Die beiden führenden Bauarten sind der Verdrängertyp (Roots-Lader, Schrauben- oder Flügelmaschine) und der Zentrifugaltyp. Verdränger fördern pro Umdrehung ein festes Luftvolumen und erzeugen einen Ladedruck, der mit der Drehzahl linear ansteigt. Zentrifugal-Lader verdichten die Luft durch Hochgeschwindigkeitsdrehung, daher steigt der Ladedruck mit dem Quadrat der Schaufelradgeschwindigkeit. Das macht sie bei hohen Drehzahlen wirtschaftlich, erfordert aber höhere Umfangsgeschwindigkeiten, um im Leerlauf Druck aufzubauen. Roots-Lader sind bei Lkw- und Traktormotoren verbreitet, Zentrifugal-Einheiten erscheinen häufiger in Hochleistungsfahrzeugen.

Ladedruck, Wärmeerzeugung und der Ausgleich zwischen Gewinn und Belastung

Der Ladedruck von Ladern reicht von 0,5 bis 1,5 bar absolut bei bescheidenen Systemen bis 3 bar und höher bei Rennmotoren. Das Verdichten von Luft erzeugt erhebliche Wärme, daher verfügen die meisten Konstruktionen über einen Ladeluftkühler, um die Ansaugtemperatur vor dem Erreichen der Zylinder zu senken und die durch thermische Expansion verlorene Volumenleistung zurückzugewinnen. Ohne Ladeluftkühlung kann ein aufgeladener Motor gefährlich mager laufen oder übermäßige Kraftstoffanreicherung benötigen, um Klopfen zu vermeiden.

Der parasitäre Verlust ist real: Ein Lader kann je nach Konstruktion und Ladedruck 10 bis 30 Prozent der erzeugten Leistung verbrauchen. Das macht Aufladung bei größeren Hubraummaschinen oder bei hohen Drehzahlen wirtschaftlicher, wo der absolute Leistungsgewinn die mechanische Reibung übersteigt. Riemenrutsch und Riemenscheibenabmessungen bestimmen das Übersetzungsverhältnis des Laders zur Kurbelwelle; übliche Verhältnisse liegen zwischen 1,5:1 und 3:1, wobei höhere Verhältnisse mehr Ladedruck liefern, aber mit mehr Reibungsverlust einhergehen.

Lader werden in schweren Lkw, Landmaschinen und im Rennsport eingesetzt, wo gleichmäßiges Niederdrehzahl-Drehmoment oder maximale Leistungsabgabe Gewicht und Komplexität rechtfertigen. Dieselmotoren profitieren besonders, da sie höhere Spitzendrücke vertragen und nicht an Klopfgrenzen gebunden sind. Moderne Personenwagen sind überwiegend zu Turboladern übergegangen, um Kraftstoffverbrauch zu senken, doch Lader bleiben in einigen Hochleistungs- und Schiffsanwendungen bevorzugt, wo sofortige Drosselreaktion wichtiger ist als Effizienz.