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Gasturbine als Rangeextender
Wieso haben alle Autos einen Kolbenmotor und keine Gasturbine?
Jaguar hat es vorgemacht, es geht! Vier Elektromotoren und zwei Gasturbinen zur Stromerzeugung.
Wer eine Sammlung von Infos sucht, sollte mal auf diese Seite gehen:
http://autoderzukunft.au.ohost.de
Was spricht gegen eine Gasturbine? Lärm? Eindeutig nein! Hoher Spritverbrauch? Das Gegenteil ist der Fall! Hitzeprobleme? Keinesfalls!
Was dann?
Beste Antwort im Thema
Beruflich hatte ich mit einem Pistengeräthersteller zu tun. Sein Topmodell wurde mit einem 450PS-V6-LKW-Diesel befeuert, der Raupenantrieb erfolgte dann hydraulisch.
So, jetzt kommt's, ich habe nach dem Wirkungsgrad dieser Kombination gefragt. Der Entwickler selbst sagte, das der dieselhydraulische Antrieb ungefähr 200PS beim Fenster rauspustet und somit recht ineffizient ist.
Die Wahl fiel deshalb auf diese Variante, weil man so am meisten Flexibilität bekommt. Die Hydraulikpumpe und -Motoren sind recht klein, man spart sich dafür Kupplung, Wendegetriebe etc. und bekommt noch ein CVT kostenlos dazu, dafür nimmt man die Verluste gerne in Kauf, zumal Kraftstoffeffizienz bei einem Pistengerät eine untergeordnete Rolle spielt.
Besser wäre laut dem Entwickler Dieselelektrisch, allerdings sind Generator und Motoren einfach für die geforderte Leistung zu groß, als das sie in einem Pistengerät Platz hätten. Anders sieht's bei großen Maschinen aus, beispielsweise dem Liebherr T282B (500t-Muldenkipper, 3200PS), dieser fährt dieselelektrisch.
Back to Topic:
Eine Gasturbine ist eine tolle Sache, zumindest auf dem Papier. Ab einer gewissen Größe werden die Dinger auch sehr effizient. Die Großturbinen in Kraftwerken erreichen 40% Wirkungsgrad, das ist immerhin besser als ein Otto-Motor, aber noch etwas schlechter als ein Diesel. Diese haben allerdings die Abmaße eines LKW und Verdichtungsverhältnisse von 40:1 und Turbineneintrittstemperaturen von 1500°C.
Ein Problem ist nun die Skalierung nach unten. Viele Techniken die in Großturbinen möglich sind, sind bei kleineren Modellen schlicht und einfach nicht mehr möglich.
Verdichtungsverhältnis: Je höher die Verdichtung desto höher der Wirkungsgrad, genau wie beim Kolbenmotor. Beim Durchlaufen des Kompressors erhitzt sich die Luft und das Volumen wird kleiner. Das bedeutet die Verdichterschaufeln müssen von Stufe zu Stufe kleiner werden. Zum Schluß bei 40:1 nur mehr 15% der ursprünglichen Länge, bei 8:1 (was für kleinere Turbinen üblich ist) 35%. Eine Turbine für ein Auto braucht einen Kompressoreinlauf von etwa 100mm, die Schaufellänge ist dann bei etwa 40mm. Man kann sich nun ausrechnen, wie klein die Schaufelblätter für eine derartige Turbine sein müßten. Zumal die Luft immer heißer wird und das Material immer widerstandsfähiger sein muß. Aus diesem Grund ist man bei Kleinstturbinen (<200kW) auf relativ kleine und unwirtschaftliche Verdichtungsverhältnisse festgelegt (5:1 mit Radialverdichter).
Turbineneintrittstemperatur: Je höher diese Temperatur desto besser für den Wirkungsgrad. Typisch sind derzeit 1500°C (1600°C im militärischen Bereich), was über der Schmelztemperatur der besten Superlegierungen liegt (ca. 1300°C). Man arbeitet hier mit Film- und Innenkühlung jedes einzelnen Turbinenblattes. Dafür müssen diese aber groß genug für einen Hohlraum sein, je kleiner die Turbine desto schwieriger wird das. Im Falle einer brauchbaren Autoturbine sogar völlig unmöglich. Man ist also hier auf Temperaturen deutlich unter 1100°C festgelegt. Auch das knabbert am Wirkungsgrad kleiner Turbinen.
Spaltmaße: Ebenso sind Rückströmungen an den Spalten zwischen Gehäuse und Laufrädern ein Problem. Bei großen Turbinen sind die notwendigen Spalten im Verhältnis zum Querschnitt sehr klein, dies aber immer ungünstiger, je kleiner die Turbine wird. Auch hier ein richtiges Problem für die Gasturbine im Auto.
Das sind nur die 3 Hauptgründe, warum Turbinen erst ab einer gewissen Leistung und Größe Sinn machen. Zwar gibt es deutlich kleinere Gasturbinen, die haben aber einen sehr schlechten Wirkungsgrad und werden nur eingesetzt, wo Leistungsgewicht Vorrang hat. Beispielsweise eine 100mm-Turbine mit 8kg Gewicht liefert etwa 170PS, gurgelt aber 2.5l Diesel pro Minute bei Volllast.
Grüße,
Zeph
85 Antworten
Turbinen erzeugen extrem hohe Hitze. Mit den heutigen stossstangen aus plastic durfte das richtig riechen an den Ampeln.
http://en.wikipedia.org/wiki/Chrysler_Turbine_Car
Der spezifische Brennstoffverbrauch ist hoher bei wechelnden Drehzahlen. Siehe US Kampfpanzer Abraham M1
http://en.wikipedia.org/wiki/M1_Abrams
Rudiger
Zitat:
Original geschrieben von marienschatten
Wieso haben alle Autos einen Kolbenmotor und keine Gasturbine?
Jaguar hat es vorgemacht, es geht! Vier Elektromotoren und zwei Gasturbinen zur Stromerzeugung.
Wer eine Sammlung von Infos sucht, sollte mal auf diese Seite gehen:
http://autoderzukunft.au.ohost.de
Was spricht gegen eine Gasturbine? Lärm? Eindeutig nein! Hoher Spritverbrauch? Das Gegenteil ist der Fall! Hitzeprobleme? Keinesfalls!
Was dann?
eine turbine ist :
- schlecht im teillast was verbrauch und effizienz angeht
- vom package im KFZ ein echtes problem kann ich mir denken , und benötigt einige sachen die ein designer und sicherheitsfanatiker sicherlich nicht am auto sehen will ( luft ein und auslässe , sicherheitsgitter gegen fremdkörper ...etc
- schlecht zu regeln auf dynamische lastveränderungen
- TEUER ......leute .....VWAUDIBMWMERCDESOPELFIAT kämpft bei den zulieferern jeden microcent aus den rippen um sich gewinne reinzupfeifen , da kommt es auf dem rechnungshof völlig uncool ein einzelbauteil ( ich glaube kaum das an ner gasturbine groß gedoktort wird ) für x tausend euro als einzelposten zu verbauen .
den herstellern werden komponenten wie krümmer/lader systeme für zweistellige euro beträge geliefert , die kotzen bei jedem cent extra
Hier liegt ein entscheidendes Missverständnis vor. Die Turbinen treiben nicht die Räder an, sondern ausschließlich den Generator. Es gibt keinen Teillastbereich, die Turbinen laufen konstant im optimalen Drehzahlbereich.
Bei 900 PS ist der Kraftstoffverbrauch 3 l/100km, das kann kein Kolbenmotor.
Sieht der Jaguar C-X75 hässlich aus?
Wie ich sehe, sind es die festgefahrenen Vorurteile, die alles Neue ablehnen und krampfhaft nach Argumenten suchen. So sieht es wahrscheinlich auch bei den verantwortlichen Entwicklungsingenieuren aus.
Schade um die verpasste Chance.
Da ist nix neu und auch nix krampfhaft...alles schonmal ausprobiert. Die Dinger sind einfach zu teuer und das hat technische Gründe, an denen du nicht vorbeikommst. Ende.
Ein Kolbenmotor besteht zum Großteil aus billigstem Alu- oder Grauguss. Mal abgesehen vielleicht von Antriebsradel vom Turbolader. Das geht durch die diskontinuierliche Verbrennung.
Nach jedem Arbeitstakt wird sofort mit frischer kalter Luft nachgespült.
Eine Turbine muß mal eben 1500 Grad kontinuierlich auf Dauer aushalten - bei Drehzahlen im 5 oder 6stelligen. Dat macht die Biester teuer und das wird auch immer so bleiben.
Schön leicht wären sie ja.
Nenne mir bitte den Hersteller. Momentan verbrenne ich 60 -70 l/100km mit einem 600HP Cat. Wir fahren etwas schwerer wie die uberigen.
http://www.slideshare.net/.../1-031-estimating-gas-turbine-performance
Hier kannst du sehen was eine Turbine an energie benotigt BTU/H man kann verschiedene Flussigkeiten verbrennen.
Hier ist etwas uber Turbinen und Electricmotor
http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_turbine-electric_locomotive
Rudiger
Zitat:
Original geschrieben von marienschatten
Hier liegt ein entscheidendes Missverständnis vor. Die Turbinen treiben nicht die Räder an, sondern ausschließlich den Generator. Es gibt keinen Teillastbereich, die Turbinen laufen konstant im optimalen Drehzahlbereich.
Bei 900 PS ist der Kraftstoffverbrauch 3 l/100km, das kann kein Kolbenmotor.
Sieht der Jaguar C-X75 hässlich aus?
Wie ich sehe, sind es die festgefahrenen Vorurteile, die alles Neue ablehnen und krampfhaft nach Argumenten suchen. So sieht es wahrscheinlich auch bei den verantwortlichen Entwicklungsingenieuren aus.
Schade um die verpasste Chance.
Zitat:
Bei 900 PS ist der Kraftstoffverbrauch 3 l/100km, das kann kein Kolbenmotor.
Sieht der Jaguar C-X75 hässlich aus?
Ich will dies jetzt nicht nachrechnen, aber der Verbrauch wird nur bei 3L liegen, wenn kaum Leistung abgerufen werden. Viele Pferde brauchen viel Hafer daran kann auch die Gasturbine nicht allzuviel ändern.
Logischerweise wird man eine Gasturbine als Rangeextender nicht gross im schlechten Teilastbereich fahren sondern möglichst nur bei Volllast im optimalsten Bereich.
Irgendwelche Studien und Prototypen haben meistens nicht viel mit der Serie gemeinsam und sind kaum zu bezahlen.
Eine solche Turbine ist sicher nicht billig. Es gibt keine Produktionsstrassen dafür. OK kann man ändern, kostest viel Geld. Langzeiterfahrungen für solche Turbinen gibt es nicht, höchstens Erfahrungen mit Turboladern und grossen Turbinen.
Eine komplette Gasturbine mit Steuerung für 2200 Euro, zugegeben, für ein Modellflugzeug.
Was kostet ein 900 PS Kolbenmotor?
Eine Gasturbine hat nur wenige Einzelteile, ein Kolbenmotor tausende.
Eine Gasturbine ist sehr leicht, ein Kolbenmotor mit 900PS ist ein Monster, das als Masse beschleunigt werden muss.
Ein einzelner Kolbenmotor kostet in der Entwicklung Millionen, warum sollte die Massenproduktion einer Gasturbine teuer sein?
Die hohen Temperaturen sind heute kein Problem mehr. Jeder Jet hat eine kleine Gasturbine als APU im Heck, jeder gute Hubschrauber hat zwei kleine Gasturbinen als Antrieb usw. Die Erfahrungen mit Gasturbinen sind da, die Entwicklungskosten für eine PKW Gasturbine dürften minimal sein.
Die hohen Temperaturen machen eine effektive Verbrennung auch von minderwertigem Treibstoff erst möglich, da kommt ein Kolbenmotor niemals ran.
schonmal gesehn was passiert wenn bei hohen drehzahlen sich teile von einer turbine lösen und was dann in der umgebung passiert? welche materialanforderungen dahinter stehen? die sind um einiges höher aufgrund der hohen drehzahl als bei einem kolbenmotor
Zitat:
Original geschrieben von titan1981
schonmal gesehn was passiert wenn bei hohen drehzahlen sich teile von einer turbine lösen und was dann in der umgebung passiert? welche materialanforderungen dahinter stehen? die sind um einiges höher aufgrund der hohen drehzahl als bei einem kolbenmotor
Schon mal gehört, dass bei einem Hubschrauber Turbinenschaufeln weggeflogen sind?
Die Materialprobleme hat man seit Jahrzehnten im Griff.
Das krampfhafte Suchen nach irgendwelchen Gegenargumenten hat schon etwas Skurriles!
Deine Modell Flugzeug Turbinen haben aber zu wenig Schub. Mit den ganzen Anbauteilen die du benotigst, verdoppelt sich dein 2200,-- Preis. -Nach 50 Std mussen die Uberhohlt werden.
In den Hubschraubern, Zivil / Military,hast du Turbinen bedeutend mehr Leistung haben, und auch entsprechenden Wartungsaufwand haben.
Der Vorteil einer Turbine ist Gewicht, grosse und Vibrationsfreier lauf. Nachteil, Hitze, Verbrauch und Wartung.
Rudiger.
Zitat:
Original geschrieben von marienschatten
Eine komplette Gasturbine mit Steuerung für 2200 Euro, zugegeben, für ein Modellflugzeug.
Was kostet ein 900 PS Kolbenmotor?
Eine Gasturbine hat nur wenige Einzelteile, ein Kolbenmotor tausende.
Eine Gasturbine ist sehr leicht, ein Kolbenmotor mit 900PS ist ein Monster, das als Masse beschleunigt werden muss.
Ein einzelner Kolbenmotor kostet in der Entwicklung Millionen, warum sollte die Massenproduktion einer Gasturbine teuer sein?
Die hohen Temperaturen sind heute kein Problem mehr. Jeder Jet hat eine kleine Gasturbine als APU im Heck, jeder gute Hubschrauber hat zwei kleine Gasturbinen als Antrieb usw. Die Erfahrungen mit Gasturbinen sind da, die Entwicklungskosten für eine PKW Gasturbine dürften minimal sein.
Die hohen Temperaturen machen eine effektive Verbrennung auch von minderwertigem Treibstoff erst möglich, da kommt ein Kolbenmotor niemals ran.
Zitat:
Original geschrieben von Rudiger
Der Vorteil einer Turbine ist Gewicht, grosse und Vibrationsfreier lauf. Nachteil, Hitze, Verbrauch und Wartung.
Rudiger.
Beharrlich halten sich die Vorurteile. Ein "hoher Verbrauch" von 3l/100km bei 900PS ist schon etwas abartig.
Was kann man an einer Gasturbine warten? Es gibt ein drehbares Teil, eine Benzinpumpe, eine Zündkerze für den Start und eine Schmierung. Mein Kolbenmotor braucht zehnmal so viel Wartung.
Zitat:
Original geschrieben von marienschatten
Schon mal gehört, dass bei einem Hubschrauber Turbinenschaufeln weggeflogen sind?
Die Materialprobleme hat man seit Jahrzehnten im Griff.
Das krampfhafte Suchen nach irgendwelchen Gegenargumenten hat schon etwas Skurriles!
Nein ich habe es gesehen und gehört. Zumal die Wartung eines Hubschraubers pro Flugstunde 5 Wartungsstunden beinhaltet, damit genau das nicht passiert....
Wenn man die Anwendungsart ändert entwickelt man immer Neu, da das Alte so nicht anwendbar ist. für ein gelöstes Problem treten genau 10 neue auf. Also nichts einfach die Turbine schrumpfen fürs Auto
Wenn es so einfach und günstig ist kannst du sicher das selber finanzieren und schön Patente anmelden und da richtig geld absahnen. warum machst du das nicht einfach? Dann hätte die Bevölkerung auch etwas davon.
Schon sehr Skurril dein Versuch.....
Jaguar hat das Turbinenauto bis zur Serienreife entwickelt.
Wer hat das Projekt gestoppt? Die Kolbenmotorlobby? Die ewig Gestrigen? Die Mineraloellobby?
Tja, irgend einer muss ja schuld sein. Wer es gestoppt hat werden wohl die Kaufmänner gewesen sein die müssen schauen dass ein unternehmen wirtschaftlich arbeitet und Profit und Lohn den Angestellen zahlen kann. Ansonsten ist eine Firma ganz ohne Lobby ganz schnell Bankrott
Wenn es Jaguar so weit entwickelt hat und dann nicht eingeführt hat und es keiner mehr aufgegirffen hat muss ja was dran sein. Wahrscheinlich weil die kosten ausuferten und wenn das Auto auf dem Markt gekommen wäre hätte es keiner gekauft und die die es gekauft haben hätten irgendwie probleme das Auto nach einer Stunde fahrt 5 Stunden in die Werkstatt zu geben für die Wartung. Auch das dürfte die Käufer abschrecken.
Zu welcher Lobby gehörst du an? Esoteriklobby, Paranoialobby?
Also was sagst du nun?