17.01.2018
Erschienen in: 01/ 2018 Klassiker der Luftfahrt

All American EngineAllison V-1710

Wenn man über die großen V-12-Motoren der 1940er Jahre spricht, dann darf der Allsion V-1710 nicht fehlen. Anfangs wenig beliebt, trat er erst durch den Einbau in die Lockheed P-38 aus dem Schatten von Merlin und Co. hervor.

Clear prop – prop clear. Der elektrische Anlasser dreht das 28-Liter-Aggregat durch, ein kurzes Husten – und der Zwölfzylinder fällt in seinen typischen, seidenweichen Leerlauf. Nach kurzer Warmlaufphase ist die Jak-3 bereit zum Rollen. Ein weiterer Testflug in Bremgarten steht bevor. Der 1350 PS starke Motor hat leichtes Spiel mit dem russischen Jagdflugzeug. Ein fragender Blick zur Ground Crew und den Werftleiter von MeierMotors, Elmar Meier: Was hat ein amerikanisches Aggregat in einem russischen Jagdflugzeug zu suchen? Die Jak-3 nimmt schnell Fahrt auf und sticht mit herrlichem Zwölfzylindersound in den blauen Himmel. Ein Lächeln huscht über das Gesicht von Elmar Meier: „Eigentlich ist der Allison gar kein amerikanischer Motor, die Wurzeln liegen ganz woanders. Vermutlich in Frankreich, wenn nicht gar in Deutschland bei BMW. Luftschiffmotoren eben.“ Und wieder dieses Lächeln.

Meier erklärt, dass die Jak-3-Jäger einst mit einem Klimow VK-107 ausgerüstet wurden. Der VK-107 hatte einen Hubraum von annähernd 35 Litern und leistete um die 1600 PS. Beliebt war das Aggregat bei Piloten und Mechanikern nie, hatte es doch nur eine Lebenserwartung von rund 25 Stunden. Heute gibt es keine lauffähigen VK-107 mehr, und so griff man bei der Reproduktion der Jak zum Allison. Erstaunlicherweise passt er recht genau in den schnittigen Jäger, größere Umbauarbeiten sind nicht notwendig.

Doch wie kann das sein? Die Quellen sind vielfältig und lassen dadurch natürlich auch viele Interpretationen zu. Augenscheinlich ist die konstruktive Nähe zum bekannten Hispano-Suiza-Zwölfzylinder, welcher auch von Klimow zum VK-107 optimiert wurde; seien es der Ventiltrieb oder der Kurbeltrieb, welcher über Haupt- und Anlenkpleuel verfügt. Dadurch wurde die Baulänge verkürzt, auch haben die Zylinderbänke keinen Versatz zueinander. Möglich, dass Allison hierbei Anleihen für seine Konstruktion machte. Auch wenn sich dieses Rätsel nicht final klären lässt, eine Fußnote ist es allemal wert. Einig ist sich die Fachwelt auf jeden Fall darin, dass der Allison V-1710 ein hervorragendes Triebwerk ist, das leider nur allzu oft im Schatten des Rolls-Royce Merlin steht. Um mehr zu erfahren, muss man das Rad der Geschichte zurückdrehen.

Allison Engine Company

1915 gründete James Ashbury Allison die Indianapolis Speedway Team Company. Aus dieser Firma ging später die Allison Engine Company hervor. Mit Flugmotoren hatte Allison zu diesem Zeitpunkt noch wenig am Hut. Der Fokus lag auf der Optimierung von Rennmotoren für den Automobilsport, und so fertigte man Tuningteile im Kundenauftrag. Basis hierfür waren oftmals die berühmten Liberty-Motoren aus dem Ersten Weltkrieg. Die V8-Flugmotoren galten als großer Wurf, und viele Rekorde wurden mit Liberty-L-12-Motoren aufgestellt. Durch den Tuning-Betrieb konnte einige Erfahrung mit Flugmotoren gesammelt werden. In der Folge konstruierte Allison einen V12-Motor mit obenliegender Nockenwelle zum Antrieb von Luftschiffen.

James Allison verstarb 1928 an den Folgen einer Lungenentzündung, und das Unternehmen wurde an General Motors verkauft. Das Werk erhielt dann den Auftrag, aus dem nahezu fertig konstruierten V12 einen Sechszylindermotor zu entwickeln. Aufgrund der Weltwirtschaftskrise ruhte dieses ambitionierte Projekt zwischenzeitlich, allerdings arbeitete N. H. Gilman, Geschäftsführer des Motorenwerks, an beiden Entwürfen weiter und bot den fertig konstruierten V12 der Navy für ihre Luftschiffe an. Die Marine war an dem mit 750 PS recht starken Motor interessiert, flogen die Luftschiffe doch bisher mit Maybach-Motoren. Mit dem Absturz der USS „Macon“ 1935 erlosch aber das Interesse, die Zeit der Luftschiffe war vorbei.

Allison V-1710-Triebwerk

Man war sich in der Fachwelt einig, dass mit dem Allison V-1710 genannten Triebwerk ein guter Wurf gelungen sei. Die Zahl 1710 stand für 1710 cubic inches, die Hubraumangabe des Triebwerks. Das United States Army Air Corps (USAAC) meldete bereits 1929 Bedarf an einem flüssigkeitsgekühlten 1000-PS-Motor an, und nun, nachdem die Weltwirtschaftskrise überstanden war, zog man den weitestgehend fertigen Allison V-1710 wieder aus der Schublade. Der erste Test fand am 14. Dezember 1936 statt, Testträger war die Consolidated XA-11A, ein glückloses Jagdbomberprojekt, von dem nur fünf Prototypen hergestellt wurden.

Im April 1937 wurde der vom USAAC geforderte 150-Stunden-Test erfolgreich absolviert. Der V-1710-C6 war damit der erste 1000-PS-Motor, der diese hohe Anforderung erfüllte. Daraufhin beauftragte das USAAC den Flugzeughersteller Curtiss, dieses neue Aggregat in ein Flugzeug einzubauen. Heraus kam die Curtiss YP-37, eine modifizierte Hawk 75. Der Erstflug fand 1939 statt, Der Erfolg blieb jedoch aus. Der daraus entwickelte Nachfolger hingegen, die Curtiss P-40, ging in die Luftfahrtgeschichte ein. Im Rahmen eines Wettbewerbes ging der Allison V-1710 als Sieger hervor und wurde daraufhin in den bekannten Flugzeugmustern Bell P-39 Airacobra, Curtiss P-40, Lockheed P-38 Lightning und schließlich in der North American P-51 Mustang verbaut. Der Siegeszug des „all american engine“ begann.

Eine Fehlentscheidung des USAAC verhinderte jedoch eine noch schillerndere Karriere: Im Vergleich zum internationalen Wettbewerb sah das USAAC die Möglichkeiten der Leistungssteigerung ausschließlich im Einsatz von Abgasturboladern, während die Konkurrenzmuster allesamt mit durch den Motor mechanisch angetriebenen, mehrgängigen Ladersätzen ausgerüstet waren. Man mutmaßte, dass der Leistungsverlust durch einen mechanisch ange­triebenen Lader höher wäre als durch Abgasturbolader. Der Wettbewerber Rolls-Royce Merlin verlor durch den Laderantrieb rund 250 PS an Basisleistung. Der Basisleistungsverlust bei Turboladermotoren ist wesentlich geringer. Die Krux hierbei war aber, dass die Metalle für die geforderten Hochtemperaturlegierungen zur Produktion von Turboladern rar waren. Vor allem das seltene Wolfram war schwer zu gewinnen. Dadurch waren die Produktionsmöglichkeiten während des Krieges beschränkt. Der Knappheit folgend, wurden die gefertigten Turbolader für die Herstellung von Bombern reserviert. Erschwerend kam hinzu, dass die Turboladeranlage einen großen Platzbedarf hatte. Kein Problem bei den Sternmotoren in den Bombern, aber eine Herausforderung bei schlanken Reihenmotor-Jagdflugzeugen. Wie groß ein Rumpf sein muss, um eine effiziente Turboladertechnologie unterzubringen, kann man gut an der Republic P-47 Thunderbolt erkennen, die einen Sternmotor hatte.

Die Idee, den Antrieb durch abgestimmte Turboladersätze höhentauglich zu machen, kam beim 1710 nicht mehr zum Tragen. Es blieb bei einer mechanischen Einstufen-Ladervariante, die zwar in Bodennähe ausreichend Kraft lieferte, aber in der Höhe im Vergleich zu anderen Motoren zu schwach war. Hier punkteten die mechanischen Lader aus unedleren Legierungen und verhalfen dem Konkurrenten Rolls-Royce zum Erfolg. Der von Packard in Lizenz gebaute Merlin V-1650 ersetzet den Allison sowohl in der P-40 als auch in der P-51 Mustang. Der Jäger-Markt war für Allison weitgehend verloren. Auf den westlichen Kriegsschauplätzen wurde in größeren Höhen gefochten, die Allison-Jäger waren unterlegen. Die RAF, die zu den Nutzern der P-39 Airacobra und der P-40 gehörte, gab die Flugzeuge als untauglich wieder zurück. Fortan wurden diese Jäger über dem Mittelmeer und im Pazifik geflogen, denn dort kam es nicht auf Höhenleistung an, sondern nur auf die Wendigkeit. Von den Airacobras wurden etliche Einheiten im Rahmen des Lend-Lease-Programms an die Sowjetunion abgegeben, die sie erfolgreich nutzte.

Einzig der Lockheed P-38 Lightning war es vorbehalten, den Allison mit Turbolader-Unterstützung als Jäger zu fliegen. Die Anlage fand bequem in den Leitwerksträgern Platz. Aber auch diese Version war problembehaftet. Man benötigte besonders abgestimmten Sprit sowie unterschiedliche Zündkerzen für die unterschiedlichen Zylinder und kämpfte mit Vereisungsproblemen am Lader in den geforderten Höhen um 30 000 Fuß (ca. 9000 Meter) bei europäischen Temperaturen. Die nicht optimal gelösten Einstellmöglichkeiten der Luftzufuhr zu den Turboladern führten oft zu Fehlfunktionen, schlimmstenfalls zur Explosion der Einheit. Zu viel Ladedruck und die Ladereinheiten konnten vereisen, zu wenig Ladedruck führte zu starkem Leistungsverlust bis hin zu einseitigen Motorabstellern – K.-o.-Kriterien für Zweimot-Jäger. Die Probleme führten so weit, dass bis zu 50 Prozent der bei der Bombereskorte eingesetzten P-38 wegen technischer Probleme verloren gingen. Ein untragbarer Zustand, der erst mit dem Auftauchen der Mustang behoben wurde. Im Oktober 1944 wurden die P-38 aus dem Begleitschutz abgezogen, wenn auch einige Aufklärerversionen über dem Kriegsschauplatz verblieben.

Die klimatischen Bedingungen am pazifischen Kriegsschauplatz kamen den Allison-Aggregaten wesentlich zugute, dort blieb die Lightning bis Kriegsende sehr erfolgreich im Einsatz. Erst zu diesem Zeitpunkt verhalf ein Zweistufenlader dem 1710 zu einem gewaltigen Leistungsplus. Verwendet wurde dieser in der P-63 Kingcobra sowie in der P-82 Twin Mustang. Die Produktion in Indianapolis endete 1949 nach rund 70 000 Motoren. Zum Vergleich: Vom Konkurrenzmuster Rolls-Royce Merlin wurden rund 215 000 Aggre­gate gebaut, alleine 55 000 davon in Lizenz bei Packard.

Technische Fakten

Nun muss man natürlich auch die technischen Fakten betrachten. Der 2200 Millimeter lange Motor hat einen Bankwinkel von 60 Grad, die Bohrung beträgt 140, der Hub 152 Millimeter, die Kompressionsrate beträgt 6,65 : 1. Der exakte Hubraum beträgt 1710 cubic inches (cui), also 28 Liter. Der Ventiltrieb erfolgt über eine obenliegende Nockenwelle, die die vier Ventile pro Zylinder über Rollenkipphebel antreibt. Die Auslassventile sind wie üblich natriumgekühlt. Die Gemischaufbereitung erfolgt über einen Vergaser Stromberg PD-12K8 Double-Barrel mit automatischer Gemischverstellung. Die Ölversorgung ist als Trockensumpfschmierung über eine Druck- und zwei Rückförderpumpen ausgelegt, wobei der Öldruck bei 5 bar liegt. Das mit Druck beaufschlagte Kühlsystem ist mit einer Glykol-Wasser-Mischung im Verhältnis 3 : 7 gefüllt. Das Zündsystem besteht aus zwei Bendix-Scintilla-Magneten mit entsprechenden Zündverteilern. Den Zündfunken erzeugen zwei Zündkerzen pro Zylinder, eine klassische Doppelzündung. Mit einem Trockengewicht von 635 Kilogramm ist der Motor verglichen mit Wettbewerbern relativ leicht.

Der Zwölfer hat aber auch Alleinstellungsmerkmale, welche auf die Konstruktions- und Produktionsphilosophie von General Motors zurückzuführen sind. Hier wurde höchstes Augenmerk auf schnelle und effiziente Produktion gelegt – heißt: auf die Verwendung von weitestgehend identischen Rumpfmotoren kombiniert mit diversen Anbauteilen, die je nach Verwendungszweck des fertigen Produkts direkt in einer Produktionslinie verbaut wurden. Heute nennt man das modulare Bauweise. Dabei wurde um einen Standard­motorblock herum das fertige Aggregat zusammengebaut. An der Vorderseite konnten die unterschiedlichsten Getriebevarianten montiert werden.

Je nach Typ gab es Fernwellen mit davorgelagertem Propellergetriebe wie bei der Bell P-39 Airacobra (V-1710-ES) oder eben die Standardantriebswelle mit direkt angeflanschtem Getriebe, wie zum Beispiel für die Curtiss P-40 (V-1710-F). Rückseitig konnten in ein und derselben Produktionslinie diverse zweckoptimierte Ladersätze angebaut werden. Standardmäßig waren dies zu Beginn einstufige Eingangslader. Alle Varianten gab es mit und ohne Ladeluftkühler. Je nach Bedarf erhielt der Motor noch ein Abgas­turbolader-System. Zudem fanden auf der Rückseite die Zündmagnete sowie die Öl- und Benzinpumpen Platz.

Neben den unterschiedlichsten Kombinationen von Antrieben, Getrieben und Ladersätzen konnte man beim V-1710 auch die Laufrichtung des Triebwerks problemlos ändern. Hierzu wurde schlicht die Kurbelwelle gedreht, also das vordere Ende nach hinten und um­gekehrt. Mit dem Austausch eines Getrieberads wurde der Antrieb der Zusatzaggregate und des Ventiltriebs wieder geordnet. Ein neues Zündgeschirr wegen der veränderten Zündfolge sowie ein angepasster Startermotor komplettierten den Umbau. Sämtliche weiteren Anbauteile wie Öl-, Benzin- und Kühlflüssigkeitspumpen blieben unberührt. Die Konstruktion des Motors ermöglichte also inmitten einer einzigen Produktionslinie auch unterschied­liche Drehrichtungen mit einem Minimum an Extrateilen.

Alle Versionen liefen vom gleichen Band

Egal ob einmotorig, zweimotorig, Zug- oder Druckpropeller – alle Motoren liefen vom gleichen Band. Was in der Produktion zielführend war, war natürlich auch im Kriegseinsatz von Bedeutung. Die Motoren waren auch im Feld sehr einfach und mit geringem Aufwand an die Gegebenheiten anzupassen, sei es durch Getriebe- oder auch Laderwechsel – eine „all-in-one engine“. Leistungsstark war das Aggregat bis in eine Höhe von 15 000 Fuß, also rund 4500 Meter, darüber wurde es dünn für den Zwölfer. Erst mit der sehr späten Zweistufenlader-Version konnte auch ausreichend Leistung in Höhen bis zu 26 000 Fuß (rund 7900 Meter) bereitgestellt werden.

Anfangs leistete der V-1710 rund 1000 PS, zum Ende der Produktionszeit konnte die Leistung auf 2300 PS beim V-1710-143 gesteigert werden; diese Version wurde in der North American P-82 Twin Mustang verbaut. Die höchste Leistung der im Zweiten Weltkrieg verwendeten Allison-Motoren erbrachte indes die Notleistung mit rund 1600 PS bei der Lockheed P-38 Lightning. Nimmt man die hochgezüchteten Nachkriegsvarianten heraus, so war der V-1710 sehr zuverlässig und wartungsarm. Laufleistungen von 300 Stunden waren der Normalfall im Jägerbetrieb. Weniger hoch beanspruchte Aggregate hielten über 1000 Stunden.

Oft wird der Vergleich gestellt, welcher Zwölfzylinder nun das bessere Aggregat sei, der Merlin oder der Allison. Diese Frage lässt sich kaum beantworten. Durch die Vorgabe der USAAC, dass der V-1710 mit Einstufenlader zu bauen sei, war der Motor in der Leistungsausbeute von vornherein stark limitiert. Die Leistungsoptimierung sollte, wie eingangs erwähnt, durch Abgasturbolader erfolgen.

Rolls-Royce beschritt von Anfang an den Weg der Aufladung durch mechanische Lader. So ist die beschränkte Leistungsausbeute des Allison, vor allem in größeren Höhen, einzig auf die Rohstoffknappheit zurückzuführen und nicht auf die Konstruktion an sich. Allison experimentierte auf eigene Faust mit einer zusätzlichen, externen Laderstufe. Diese verfügte aber weder über einen Ladeluft- und Nachkühler noch über eine „flame trap“, welche eine Rückschlagszündung in den Lader verhindern sollte. Beim Rolls-Royce Merlin sind dies aber Konstruktionsmerkmale. So verwundert es nicht, dass diese „optimierten“ Allison-Aggregate recht unzuverlässig waren und einen erheblichen Wartungsaufwand mit sich brachten. Das Problem der Rückzündung bekam man halbwegs in den Griff. Diese, als G-Version bezeichneten Antriebe bekamen sogenannte Anti-Detonation Injections und fanden Verwendung in der North American F-82 Twin Mustang. Der extrem hohe Wartungsaufwand wurde in den Handbüchern mit einem Verhältnis von 1:33 dokumentiert. Für eine Betriebsstunde mussten also 33 Wartungsstunden aufgewendet werden.

Dennoch: Klammert man die späten Versionen aus, ist der Allison im Vergleich zum Merlin das zuverlässigere Aggregat. Der V-1710 entwickelte mehr (Liter)Leistung bei geringerem Ladedruck, und die Service-Intervalle waren wesentlich länger. Der Allison benötigte – rein nach der Anzahl – weniger als die Hälfte an Bauteilen, was wiederum den Produktionsaufwand gegenüber dem Rolls-Royce bzw. Packard deutlich reduzierte. Die Bauteile des Allison waren auch Baureihenübergreifend identisch, es mussten also kaum neue Werkzeuge bei einer optimierten Serie angefertigt werden.

Erwähnenswert sind auch die Produk­tionskosten: Anfangs kostete ein V-1710 rund 25 000 US-Dollar, aber dank der fortlaufend effizienter werdenden Herstellung konnte der Preis auf 8500 Dollar pro Einheit reduziert werden. Zum Vergleich: Ein Rolls-Royce oder Packard Merlin 1940 kostete rund 30 000 Dollar. Am Ende des Krieges waren tausende Allison-V-1710-Motoren als sogenannte Surplus auf dem freien Markt zu erwerben. Wegen der großen Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit wurde der V-1710 schnell beliebt bei den Drag Racern und Speed-Junkies. Auch die Fraktion der Speed Boat Driver bediente sich des Kraftwerks, und die neue Sportart Unlimited Hydroplane Racing entstand. Als die Motoren für die oben genannten Sport­arten uninteressant wurden, fanden viele der bis auf 3200 PS getunten Triebwerke Verwendung beim Tractor Pulling.

Viele Aggregate wurden verheizt

Durch diese Verwendungen sind viele tausend Aggregate verheizt worden und auf dem Schrott gelandet. Mittlerweile gab es auch in der Warbirdszene ein Umdenken. Man erinnerte sich an den Allison V-1710 als kraftvolles, wartungsfreundliches und auch günstiges Aggregat der 1000-PS-Klasse und nutzte es fortan als Alternative für nicht mehr erhältliche Originalmuster à la Klimow, Mikulin oder auch Junkers Jumo. Dem Allison V-1710 ist es also zu verdanken, dass wir Enthusiasten Flugzeuge wie die Jakowlew Jak-3 oder eine Iljuschin Il-2 im Flug bestaunen dürfen, auch wenn das letzte Quäntchen Originalität fehlt.

Und so schließt sich der Kreis. Die Jak-3 mit dem fremden Aggregat ist mittlerweile wieder in Bremgarten gelandet und rollt mit dem so fein klingenden Allison zurück in die Werft. Elmar Meier ist mit dem Checkflug zufrieden, keine besonderen Vorkommnisse. Wartung? Wieder dieses Lächeln: „Vielleicht kurz nach dem Öl schauen, mehr braucht’s beim 1710er eh nicht.“

Technische Daten

Hersteller: Allison Engine Company
Motorart: V-Flugmotor
Stückzahl: 70 000
Hubraum: 28 Liter / 1710 cui
Bohrung und Hub: 139,7 und 152,4 mm
Verdichtung: 6,65:1
Ventilsteuerung: zahnradgetriebene Nockenwelle
Anzahl der Ventile: 48
Vergaser: Bendix/Stromberg
Leistung: 1343 PS bei 3300 U/min
Trockengewicht: 655 kg

Klassiker der Luftfahrt Ausgabe 01/2018

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Matthias Dorst


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