Ausgabe 3

August 2025

Einleitung

In der Puch-Szene wird viel über Leistung gesprochen.
In der Rennszene tauchen Werte von 60, 70, 80, 90 und sogar 100 PS auf.
Mit diesem Beitrag versuche ich die Diskussion mit Fakten zu bereichern.
Niemand kann die Grenzen der Physik überschreiten. So sind natürliche Schranken gesetzt.

Die Leistung hängt nur von 3 Faktoren ab: Hubraum, Drehzahl und mittlerer Verbrennungsdruck.
Beim Saugmotor lässt sich, anders als beim aufgeladenen Motor, der Verbrennungsdruck nur wenig beeinflussen.
Also bleiben als Haupteinflussfaktoren Hubraum und Drehzahl.

Und das Schrauben an vielen kleinen Rädchen, auf die ich hier eingehe.

Zudem habe ich eine Excel-Berechnung aufgestellt, wo man alles nachvollziehen kann.

Berechnung von Leistung und Drehmoment

Die Formel für die Leistung

Ist in jedem Motoren-Lehrbuch nachzulesen

P = p_me * V_h * n * T * K₁

Man sieht also, dass die Motorleistung recht einfach berechnet werden kann:

1. Je höher der Effektive Mitteldruck, desto höher die Leistung
2. Je höher der Hubraum, desto höher die Leistung
3. Je höher die Drehzahl, desto höher die Leistung
4. Motortyp: Zweitakt: Der Motor arbeitet bei jeder Umdrehung, daher 1
                   Viertakt: der Motor arbeitet bei jeder zweiten Umdrehung, daher 0,5.
5. Der Umrechnungsfaktor berücksichtigt die unterschiedlichen Einheiten:
   1 bar = 100.000 N/m² (Pascal)
   1 m³ (Kubikmeter) = 1000 Liter
   1 U/min = 60 U/s (Umdrehungen pro Sekunde)
   1 kW (Kilowatt) = 1000 Watt
   1 kW (Kilowatt) = 1,36 PS (Pferdestärke)
   Somit ergibt sich K₁ zu: =100000 / 1000 / 60 / 1000 * 1,36 = 0,002267

Rechenbeispiel 500er Puch-Motor:

P = 6,23 [bar] * 0,493 [Liter] * 4600 [U/min] * 0,5 [T] * 0,002267 [Faktor K1] = 16 PS

Wo kommt der Wert für den Effektiven Mitteldruck P_me = 6,23 bar her?  à Sie Kapitel 2.

Die Formel für das Drehmoment

M = p_me(M) * V_h * T * K₂

Der Umrechnungsfaktor berücksichtigt die unterschiedlichen Einheiten:
1 bar = 100.000 N/m² (Pascal)
1 m³ (Kubikmeter) = 1000 Liter
1 U = 6,26 rad (2π)
Somit ergibt sich K₂ zu: =100000 / 1000 / 2π = 15,92

Rechenbeispiel 500er Puch-Motor:
M = 8,31 [bar] * 0,493 [Liter] * 0,5 * 15,92 [Faktor K2] = 32,6 Nm.
0,6 Nm frisst dann noch das Gebläse. Also bleiben 32 Nm. (In alter Einheit: 3,2 mkg)

Effektiver Mitteldruck

Überblick

Wir sehen in obigem Beispiel, dass man aus Hubraum, Drehzahl und Mitteldruck ganz einfach Leistung und Drehmoment berechnen kann.

Aber wie kommen wir nun zum Mitteldruck?

Ermittlung des Mitteldruckes aus dem Drehmoment

Steht ein Datenblatt oder eine Drehmomentmessung vom Motorprüfstand zur Verfügung, so kann man über die umgeformte Drehmomentformel ganz einfach den Mitteldruck berechnen:

p_me = P/ (V_h * T * K₁)

Rechenbeispiel für den 650 TR2-Motor:
p_me = 40 PS / (0,66 [Liter] * 0,5 [T] * 15,92 [Faktor K1]) = 10,48 [bar]

Der Mitteldruck, auch mittlerer Verbrennungsdruck ist eine Rechengröße, welche den gemittelten Druck auf die Kolbenfläche während eines Arbeitstaktes darstellt

Man erhält ihn durch Messung des Zylinderdruckes über alle Takte und anschließende Mittelwertbildung.

Der in Wirklichkeit stark schwankende Zylinderdruck wird also als eine konstante Größe dargestellt, mit der man einfach rechnen kann.
Vereinfacht dargestellt kann man das Gaspedal im Fahrzeug als Mitteldruckregler betrachten.

Er beträgt bei modernen Otto-Motoren ca. 10 bis 13 bar (Siehe Bild nächste Seite)

Bei dem niedrig verdichteten 500er Puch-Motor, der eher als Drosselmotor ausgelegt ist, erreichen wir gerade mal 6,23 bar

Typische Werte für den Effektiven Mitteldruck

Bild: Effektiver Mitteldruck und Nenndrehzahl aktueller Serien-Pkw-Ottomotoren

Einige Puch-Werte habe ich rot eingezeichnet.

Der effektive Mitteldruck dient zur Berechnung der Leistung des kompletten Motors an der Kupplung.

Die wichtigsten Einflussfaktoren auf den Effektiven Mitteldruck

• Indizierter Mitteldruck p_mi, entspricht dem Mittelwert des gemessenen Zylinderinnendruckes über einen kompletten Arbeitshub (4 Takte). Beschreibt also nur auf den Gasdruck im Zylinder
  Er hängt ab von:
1. Ladungswechsel
2. Verbrennungsqualität im Zylinder
3. Der Liefergrad: gibt an, wie viel Gemisch beim Ladungswechsel in den Brennraum gelangt
4. Verdichtungsverhältnis

• Reibungsverluste im Motor:

1. Kolben- und Lagerreibung
2. Ventiltrieb (Nockenwelle, Stößel, Ventilschaft)
3. Wasser- und Ölpumpe, Benzinpumpe, Verteilerantrieb
4. Riementriebe

• Ölplanschverluste
• Gebläseverluste, insbesondere bei luftgekühlten Motoren
• Nebenantriebe, welche zur Motorfunktion gehören

Zweiventiler erreichen einen mittlere indizierten Kolbendruck von bis 11 bar
und gute Vierventiler um die 12-13 bar.

Im Folgenden wollen wir uns ansehen, wie wir diese Punkte beeinflussen können

Indizierter Mitteldruck

Ladungswechsel

In folgendem Diagramm ist der Ladungswechsel eines 4-Takt-Motors dargestellt

Bild: Ladungswechsel beim 4-Takt-Ottomotor

• Beginnen wir links beim Ansaugen (grüner Balken). Dass Frischluft überhaupt in den Zylinder strömen kann, ist Unterdruck notwendig. Die dazu nötige Arbeit muss der Motor erst mal hineinstecken
• Kompression (violett): Dann kommt der Verdichtungstakt. Wieder muss sich der Motor plagen
• Die Verbrennung (rot) liefert jetzt endlich verwertbare Kraft. Die rote und violette Fläche zusammen stellt die abgegebene Energie dar.
• Expansionsverlust (gelb): Das Auslassventil macht schon ein Stück vor den unteren Totpunkt auf.
  Der Restdruck entweicht und wird nicht mehr verwertet
• Ausschieben (blau): Das verbrannte Gas muss jetzt mit etwas Überdruck aus dem Zylinder hinaus in den Auspuff befördert werden. Dann beginnt’s wieder von vorne.

Nimmt man die rote Fläche, zieht davon die blaue und die grüne ab, teilt alles gleichmäßig auf die 4 Kolbenhübe auf, dann erhält man den indizieren Mitteldruck.

Der maximale Verbrennungsdruck beträgt ca. das 10-fache des Mitteldruckes

Ermittlung des indizierten Mitteldruckes

Verbrennungsqualität im Zylinder

Die Einflussfaktoren auf die Verbrennungsqualität

Thema	Maßnahme
Außenluftdruck	Je höher, desto besser. Können wir nicht beeinflussen. Ideal auf Meereshöhe und im Hochdruckgebiet. Schlecht in den Bergen im Tiefdruckgebiet
Lufttemperatur	Je kälter, desto besser. Gut für den Mitteldruck ist: Keine Ansaugluft-Vorwärmung: Offene Schlitze im Motordeckel Keine Saugrohr-Vorwärmung über heiße Auspuffgase
Luftfeuchtigkeit	Trockene Luft trägt etwas mehr Sauerstoff als feuchte, der Einfluss ist aber minimal. Feuchte, kalte Luft führt zu Vergaservereisung, das macht manchmal ärger. Deshalb haben Serienmotoren die Saugrohr-Vorwärmung.
Benzinqualität	Grundsätzlich haben alle Benzinsorten den gleichen Heizwert, haben also theoretisch keinen Einfluss auf die Leistung. Sie unterscheiden sich nur in der Oktanzahl, was für die Klopffestigkeit wichtig ist. Trotzdem sollte man E10 vermeiden. Bei alten Motoren sind im Kraftstoffstrang manchmal Komponenten verbaut, die das nicht mögen. Außerdem könnte die Viskosität geringfügig anders sein, was die Vergasereinstellung verändert. Mindestens 98 Oktan sind Pflicht beim TR2, ist der Motor noch höher verdichtet (>10,5) sollte man nur mehr 100 Oktan tanken
Benzin-Luft-Gemisch	Wird charakterisiert durch das „Luftverhältnis“ Lambda. [λ] Maximale Leistung wird erreicht bei  λ= 0,8 bis 0,9. à „fettes“ Gemisch. D.h. dass 100% des Sauerstoffs und 80 - 90% des Benzins verbrannt werden. Alle Puch-Vergaser und generell Rennmotoren sind serienmäßig so abgestimmt
Zündzeitpunkt	Der optimale Zündzeitpunkt ist abhängig von Brennraumform, Drehzahl und Verdichtungsverhältnis. Der maximale Verbrennungsdruck sollte 10° - 15° nach dem oberen Totpunkt legen. Beim Puch-TR-Motor ist dazu bei 6000 U/min eine Vorzündung von 30° richtig
Verbrennungsablauf / Doppelzündung	Hat der Zündfunke das Gemisch gezündet, startet eine Flammfont und arbeitet sich durch den Brennraum. Mit Doppelzündung starten 2 Flammfronten, die sich in der Mitte des Brennraues begegnen. Der Druckanstieg im Brennraum wird steiler, das führt zu einer (geringen) Leistungssteigerung

Liefergrad

Der Liefergrad λ_L beschreibt bei einem Verbrennungsmotor das Verhältnis der nach Abschluss eines Ladungswechsels tatsächlich im Zylinder enthaltenen Frischladung zur theoretisch maximal möglichen Füllung (= Zylinder-hubraum)

Liefergrad = 1 bedeutet, dass der Motor es geschafft hat, das Hubvolumen bei Ansaug-Ende vollständig mit Frischem Gemisch zu füllen.

Standard-Saugmotoren schaffen im Bereich des Maximalen Drehmomentes ca. 0,9, im Bereich der maximalen Leistung ca. 0,7- 0,8

Die Einflussfaktoren auf den Liefergrad

Positives Spülgefälle

Dieser Effekt funktioniert nur mit einer Nockenwelle mit großer Ventilüberschneidung und langen Steuerzeiten.
Der Effekt ist auch nur einem schmalen Drehzahlband nutzbar. Beim Puch 650TR mit Monte-Carlo-Auspuffanlage zwischen 4500 und 6500 U/min

Details zu den Effekten kannst Du in meinem Buch: Steyr-Puch Vergaserhandbuch, Kapitel "Abgestimmtes Saugrohr" und in der Gratisbroschüre: Die Monte-Carlo-Auspuffanlage für den Steyr-Puch 650 TR nachlesen.

Verdichtungsverhältnis

Reibungsverluste

-       Reibung des Kolbens und der Kolbenringe an der Zylinderwand

-       Pleuel- und Kurbelwellenlagerreibung

-       Alle anderen Lager im Motor, z. B. Nockenwelle, Ventiltrieb, …

-       Ölpumpe, Benzinpumpe, Verteilerantrieb

-       Planschverluste Motoröl

-       Keilriemen

-       Lichtmaschine

-       Dichtungsreibung

Diese Verluste sind kaum zu verringern. Hier die wenigen Möglichkeiten:

Als Richtwert gilt:
Verlust = 10% der Motorleistung im Bereich des maximalen Drehmomentes
Verlust = 12-15 % Motorleistung im Bereich der Maximalleistung

Gebläseverluste

Der Motor sollte ausreichend gekühlt werden

Dazu hat der Puch-Motor 2 Einrichtungen

1. Kühlung durch Gebläseluft
2. Kühlung des Motoröles

Die Auswahl des Gebläses hat gehörigen Einfluss auf die Motorleistung
Man sollte sich also gut überlegen, welches Gebläse-Laufrad man verwendet
Die Verluste steigen mit der dritten Potenz der Drehzahl

Optimieren der Kühlung

(1)…geschätzt
(2)…Angabe lt. Buch "Steyr Puch 650 TR Rallye":

Berechnungsbeispiele

Auf der nächsten Seite kannst Du nachvollziehen, wie sich die einzelnen Parameter auf die Leistung auswirken.

Weiss: Eingabezellen. Grau: fix vorgegebene Werte. Blau: berechnete Ergebnisse

In der Excel-Tabelle kannst Du mit den Werten spielen und die Daten Deines Puch-Autos eingeben, um herauszufinden, wie viele PS Du ungefähr hast

Erläuterungen

Liefergrad:
Diesen habe ich für alle „Serienautos“ aus den vom Werk vorgegebenen Daten berechnet.
Für die Hubraumvergrößerten Motoren habe ich die Werte abgeschätzt.

Der Liefergrad hat immer sein Maximum bei maximalem Drehmoment.

Bei maximaler Leistung (hohe Drehzahl) ist der Liefergrad immer 10-20% kleiner,da Ansaugtrakt, Ventile und Auspuff die Atmung einschränken und die Zylinderfüllung reduzieren.

Besonderheiten:

1. Beim 500D und 650T erkennt man den „Drosselmotor“.
   Sie haben sehr kleine Lufttrichter im Vergaser und begrenzen so den Luftdurchlass bei höherer Drehzahl.
   Der Liefergrad bei Maximalleistung beträgt nur 0,70 bzw. 0,64.
   Bei den baugleichen Motoren des 500DL/500S und beim 700C/Haflinger wurde die Leistungssteigerung durch „ungedrosselte Luftzufuhr“ erreicht.
2. Beim Werks-Tuning (Gruppe 2-Motor) wird erstmals ein „Positives Spülgefälle“ beim max. Drehmoment mit einem Wert von 1,05 erreicht. Siehe Erläuterung Kapitel 3.3. Ein noch höherer Wert ist beim Puch-Motor kaum möglich.

Werks-Tuning Gruppe 2

Dieser Motor ist in der Schrift „PUCH 650TR Rallye, Europameister 1966 Kl.II Tourenwagen“ genau beschrieben.
Alle oben beschriebenen Tuningmaßnahmen wurden hier angewendet.

Rennmotor Müller

Angabe von Josef Müller auf seiner Homepage:
„Unsere Schmiedekolben für 90 mm und 90,5 mm Bohrung sind gleich schwer wie die originalen TR Kolben. Mit 823cm³ und den 3/1er Pleuel sind so standfeste Motoren mit mehr als 60 PS möglich.

Resümee: wie viele PS hat also mein Puch?

Die Berechnung

1. Die Werksangaben für alle Puch-Motoren lassen sich sehr gut nachvollziehen

Was ist mit einem Puch-Motor realistisch möglich

1. Basis 650 TR2-Motor (Hubraum max. 680 cm³):
   Mit viel Detailarbeit sind die serienmäßigen 40 PS auf 50 PS zu steigern. Rennmotore mit extrem scharfen Nockenwellen bekommt man auf 55-60 PS, aber nicht mehr straßentauglich. Mehr geht nicht.
2. Hubraumvergrößerte Motore mit Bohrung 86 (VW-Kolben) oder Bohrung 90:
   Das führt vor allem zu einem besseren Drehmoment.
   Die Maximalleistung lässt sich aber nur geringfügig steigern, denn man bekommt das Gemisch wegen der für den Hubraum recht kleinen Ventile nicht in den Brennraum. Also ist dieser Motor auch mit 55 bis max. 50 PS begrenzt.
3. Die 60 PS des Müller-Motors sind erreichbar und entsprechen den Werten, die in den 70er Jahren das Duo Liedl-Haering erreichte. Da muss man aber viel Arbeit in das Finetuning des Motors stecken, u. A. braucht es größere Ventile, einen größeren Vergaser + Saugrohr, oder 2 Einzelvergaser und eine scharfe Nockenwelle.
   Damit ist die Grenze der Mechanik und der Kühlung des Serienmotors erreicht.
4. Geht man mit der Leistung höher, muss man den Puch-Standard verlassen:
   Dazu gehört vor allem die weitere Hubraumerhöhung. Es gibt Motore mit bis zu 1 Liter Hubraum und > 80 PS.
   Massive Umbauten am Motorgehäuse, speziell gefertigte Kurbelwelle, Zylinderköpfe, Kolben und Pleuel, ein ausgeklügeltes Ölkühlsystem usw. sind dann erforderlich