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
Deswegen vergisst man das ganze besser , kloppt sich einen kleinen Motor rein , schmeisst das Getriebe raus , schraubt eine geeignete Hydraulikpumpe bis 450 bar an den Motor , zwei gescheite Hydraulikmotoren als Direktantrieb an die Räder und wenn alles passt hat man bis zu 1000 Nm und schafft damit grob 250 km/h !
Dann kann man sich den ganzen Elektrokram sparen und braucht keine Gasturbine , hättet ihr auch selber drauf kommen können !
Und schon hat man den typischen Großbagger, nur den gibt es mit Hydraulikantrieb. Warum wohl?
Ich stehe auf Chinesen!
Moin
Die Turbinen Idee ist tatsächlich nicht neu. Hat sich aber in nichts durchgesetzt. Nirgends im PKW-Bereich.
Da haben sich selbst andere Nischen über die Jahre mehr durchgesetzt, und das obwohl sie noch weniger der Öl und KFZ-Lobby schmecken. Ich nenne da nur Hybrid und Elektro.
Moin
Björn
Hybrid ist genau das, was ich will: Elektromotoren am liebsten an allen vier Rädern und Stromerzeugung mit einer Gasturbine.
Hat sich nicht durchgesetzt? Die Chinesen bauen es!
Moin
Die Chinesen verpessten auch die Welt, nur so nebenbei.
Radnabenmotoren haben sich auch nie durchgesetzt. Zu viel ungefederte Masse. Und über den Wirkungsgrad eines optimierten Motors kommt eine Turbine leider auch nicht.
Wozu also das ganze.
Moin
Björn
Ich bin kein Freund der Chinesen, aber sie erproben neue Techniken, die anderswo einfach ignoriert werden.
Im Vergleich der Gasturbine zum Kolbenmotor:
Die Turbine ist 10x kleiner und leichter als ein Kolbenmotor.
Die Turbine hat 10x weniger Einzelteile und ist damit extrem viel billiger.
Die Turbine verbraucht 10x weniger Treibstoff und hat damit keine Abgasprobleme.
Die Turbine arbeitet mit konstanter Drehzahl und hat somit keine komplizierte Steuerung nötig.
Gibt es irgendetwas, was für den komplizierten, teuren, schweren, massenweise Abgase ausstoßenden und störanfälligen Kolbenmotor spricht?
Ja, das gibt es: Die ungeheuren Entwicklungskosten, die in den Kolbenmotor gesteckt wurden, die müssen erst einmal wieder erwirtschaftet werden.
Die Gasturbine ist schon lange bis zur Perfektion entwickelt und millionenfach bewährt, Kosten fallen da keine an.
Schon mal was von Turbopropflugzeugen oder Hubschraubern gehört? Warum verwenden die keine Kolbenmotoren?
Man kann die Vorteile der Gasturbine ignorieren und mit pseudo-wissenschaftlichen Argumenten verteufeln, die Gasturbine ist die Zukunft, das ist sicher.
Es gibt noch etwas andere was für Kolbenmotoren spricht, die Mittlere Brennraumtemperatur. Die ist deutlich niedriger und damit kann ich viel billigere Materialien verwenden. Nur weil es weniger Teile sind muss die Maschine nicht billiger sein. Die Teile müssen sehr maßhaltig gefertig werden und gut gewuchtet sein und aus hochtemperaturfesten Materialen. Wenn man ne Schaufel am Gehäuße schrabbert war es das mit der Turbine. Nicht Umsonst nimmt man heute Einkristalle für Turbinenschaufeln. Die kann aber nicht jeder Herstellen.
Moin
I
Zitat:
m Vergleich der Gasturbine zum Kolbenmotor:
Die Turbine ist 10x kleiner und leichter als ein Kolbenmotor.
Die Turbine hat 10x weniger Einzelteile und ist damit extrem viel billiger.
Die Turbine verbraucht 10x weniger Treibstoff und hat damit keine Abgasprobleme.
Die Turbine arbeitet mit konstanter Drehzahl und hat somit keine komplizierte Steuerung nötig.
Kleiner und leichter, ja. Weniger Einzelteile, ok. Billiger? Eine Modelbauturbine kostet 2000 Euro.... Ein Leistungsstarker Verbrenner aus dem Modellbau liegt bei 200 Euro. Ein AT-Motor, 2 Liter TSFI kostet 4000 Euro.
Aber den nächsten Punkt, den mußt du mir mal erklären:
10x weniger Treistoffverbrauch, und das bei gleichem Wirkungsgrad wie einem Kolbenmotor. Alleine deine 900 PS aus 2 Litern Sprit. Das ist physikalisch nicht möglich da 3 Liter Sprit nur 30 kW an Energie in sich haben, oder umgerechnet 40 PS. Wenn du also aus 3 Litern Sprit 661 kW machst, dann wäre dies ein Wunder.
Moin
Björn
Ich stütze mich auf die Angaben der Hersteller. Selber habe ich naturgemäß noch keine Erfahrungswerte. Selbst wenn die Angaben geschönt sind, so bleibt die Tatsache, dass eine Turbine bei gleicher Leistung wie ein Kolbenmotor ganz erheblich weniger Treibstoff braucht.
Da ist ein Irrtum in den Antworten. Eine hohe Verbrennungstemperatur ergibt einen höheren Wirkungsgrad und nicht umgekehrt. Die Turbine kann mit jeder Art von Treibstoff betrieben werden, der Kolbenmotor verlangt nach hochgezüchtetem Super, von Diesel mit den Umweltproblemen reden wir besser erst garnicht.
Außerdem muss ein Kolbenmotor mit ganz unterschiedlichen Drehzahlen arbeiten. Ben besten Wirkungsgrad hat er nur in einem kleinen Drehzahlbereich. Die Turbine läuft immer im optimalen Drehzahlbereich.
Kurz und gut: Man kann noch so viele Nachteile suchen, es geht kein Weg an der Turbine vorbei.
Warum muss eine hoher Verbrennungstemperatur einen hohen Wirkungsgrad ergeben? Die laminare Flammtenperatur der meisten technischen Brennstoff weicht gar nicht so weit voneinander ab. Schon mal was von exergie gehört? Was bringt es dir wenn du ne hohe Temperatur hast aber fast nur Entropie oder Anergie erzeuge und nur einen geringen Anteil exergie?
Du hast keine Ahnung von den Fachgebieten oder von der Physik und überprüfst die Angaben der Hersteller nicht, aber willst anderen vorschreiben was sie zu tun haben und das sie alles falsch machen. Das ist entweder mutig, Selbstüberschätzung oder einfach nur dumm. Oder du bist ein troll.
Zitat:
@Friesel schrieb am 26. April 2016 um 15:26:56 Uhr:
Alleine deine 900 PS aus 2 Litern Sprit. Das ist physikalisch nicht möglich da 3 Liter Sprit nur 30 kW an Energie in sich haben, oder umgerechnet 40 PS. Wenn du also aus 3 Litern Sprit 661 kW machst, dann wäre dies ein Wunder.
😁
Kommt schon darauf an ob die 900PS für 2s oder für 2h vorhanden sind, meinst du nicht.
Energiegehalt wird in kW/
hgemessen.
Gruß Metalhead
Beleidigung ist kein Argument!
Also gut, ich habe es hier mit lauter Hochschulprofessoren zu tun, die das Wissen gepachtet haben.
Lesen kann ich allerdings auch. Was ich hier wiedergebe entspringt nicht meiner Fantasie.
Da es außer mir keine Befürworter der Gasturbine gibt, darf ich mich aus dieser erlauchten Runde verabschieden.
Warum hat Jaguar und die Chinesen ein Auto mit Gasturbine entwickelt, wenn das doch ganz offensichtlich Schwachsinn ist? Das hat doch viel Geld gekostet. Können die nicht denken?
Nur als kleiner Denkanstoß für die Professoren.
Na ja eine Turbine ist meines Erachtens als Rangeextender nicht undenkbar.
Nur muss das erst einmnal jemand bis zur Serienreife entwickeln. Und das kostet Geld, sehr viel Geld.
Die Technologie um Ottomotoren zu bauen ist schließlich vorhanden, man muß nur den derzeitigen Stand für die jeweilige Anwendung anpassen, die Kosten sind da überschaubar.
Die Nachteile dass eine Turbine für ständige Lastwechsel nicht geeignet ist spielt beim Rangeextender nicht wirklich eine Rolle. Als normaler PKW Antrieb ist sie deshalb praktisch nicht brauchbar. Aber bei konstanten Drehzahlen und Last gibt es da nicht wirklich ein Problem.
Nur ob es sich lohnt so etwas zu entwickeln ist wieder eine ganz andere Frage.
Wäre es nicht einfacher dem Kunden bein kauf eines E-Mobils ein Sixt Gutschein zu schenken für z.b. 30 mieten für maximal 7 Tage als nen rex zu entwickeln der auch nicht billig ist. Und in 90% der Nutzungsdauer nur Ballast ist.
Moin
metalhead
Vielen Dank, natürlich fehlte da eine kleine Einheit. Der Sinn dahinter bleibt aber gleich.
marienschatten
Zitat:
Ich stütze mich auf die Angaben der Hersteller. Selber habe ich naturgemäß noch keine Erfahrungswerte. Selbst wenn die Angaben geschönt sind, so bleibt die Tatsache, dass eine Turbine bei gleicher Leistung wie ein Kolbenmotor ganz erheblich weniger Treibstoff braucht.
Wo hast du denn diese Daten her? Der Wirkungsgrad einer Turbine ist nicht besser als der eines Verbrennungsmotors. Ergo ist auch der Verbrauch nicht besser.
Verlinke doch mal deine Angaben der Hersteller.
Zitat:
Die Turbine kann mit jeder Art von Treibstoff betrieben werden, der Kolbenmotor verlangt nach hochgezüchtetem Super, von Diesel mit den Umweltproblemen reden wir besser erst garnicht.
Also mein Kolbenmotor verlangt nach einfachem Benzin. Das die Industrie nur noch Super und besser herstellt, dafür kann mein Motor aber nichts.
Zitat:
Außerdem muss ein Kolbenmotor mit ganz unterschiedlichen Drehzahlen arbeiten. Ben besten Wirkungsgrad hat er nur in einem kleinen Drehzahlbereich. Die Turbine läuft immer im optimalen Drehzahlbereich.
Nein, auch die Turbine hat eine beste Drehzahl für den Verbrauch. Hinzu kommt das sie schwieriger auf und ab tourt. Du vergleichst hier gerade einen Kolbenmotor im normalen PKW Betrieb mit einer Turbine im Stationärbetrieb. Ich will dir nicht zu nahe treten, aber wenn mußt du auch den Kolbenmotor an einen Generator hängen und damit im Stationärbetrieb betrachten.
Also dann auch in exakt seinem besten Betriebspunkt, dafür optimiert, also mit Wirkungsgraden von über 40%, so exakt einstellbar das man sich einen Kat, sogar eine Lambdasonde sparen könnte. Auch kann man sich dann viele Bauteile sparen, die heutige Motoren nur benötigen weil sie eben nicht stationär laufen.
Dein Vergleich hinkt. Und nur weil dir hier einige widersprechen, und das teils mit guten Argumenten, du aber nur die Werbeversprechen, welche offensichtlich von dir falsch verstanden wurden, wiederholst, bedeutet das doch noch lange nicht das man dich beleidigt.
Sich dann von der Bildoberfläche zu stehlen ist dann schon Mau finde ich. Meinungen vertreten ist genau so lange gut, bis diese blöden Argumente kommen. Dann sollte man sich mal was eingestehen.
Moin
Björn