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
Zitat:
@marienschatten schrieb am 26. April 2016 um 07:20:39 Uhr:
Die Turbine verbraucht 10x weniger Treibstoff und hat damit keine Abgasprobleme.
Hi,
da hast Du wohl was falsch verstanden. Je kleiner die Turbine ist, desto schlechter ist der Wirkungsgrad und desto höher ist der Spritverbrauch im Vergleich zu Kolbenmotor. Warum haben wohl Flugzeuge <400 PS ein Kolbentriebwerk und keinen Turboprop-Antrieb?
Auf der AERO 2016 stand eine Cessna 172 als Experimental mit einer kleinen Propellerturbine. Der stündliche Verbrauch liegt da bei ca. 80 Litern, das ist das doppelte einer C172 mit herkömmlichem Kolbenmotor, von einem Flugdiesel ganz zu schweigen.
Sinnvoll wäre hier allenfalls ein Wankelmotor. Er hat einen besseren Wirkungsgrad als die Turbine, gleichzeitig ist er aber leichter, kleiner und vibrationsärmer als ein Hubkolbenmotor.
Grüße
Wobei Wankel wieder schlechter sind als Hubkolben im Wirkungsgrad. Die Sache mit dem Spaltverlusten insbesondere bei kleinen Gasturbinen hab ich ihm auch schon versucht näher zu bringen. Das hat nicht so ganz gefruchtet.
Hi,
der Wankel mag zwar im Wirkungsgrad etwas schlechter als ein Hubkolbenmotor sein, ist aber deutlich besser als eine Turbine. Auch die Fertigungkosten sind niedriger als bei der Turbine.
Grüße
Und was hat das alles jetzt mit Stromerzeugung per Gasturbine zu tun ?
Total am Thema vorbei !
Da bleib ich doch bei meinem Hydraulikantrieb und nutze eine normale 12V Lima zur Stromerzeugung , anstatt hier Syfy zu betreiben !
Wenn Hydraulik so wirtschaftlich wäre würden man da keine Leistungsverzweigte Getriebe einsetzen wie Fendt Vario.
Mir ging es mehr um die Umsetzung , die liegt wenigstens im Bereich des Möglichen .
Ich rede vom Antrieb im PKW und da gibt es dann kein Getriebe mehr , nur vorwärts und rückwärts und zb. mech. Steuerung für die Durchflussmenge .
Kleiner 3-Zylinder Saugdiesel unter 1 L Hubraum für die Pumpe , 2 Konstantmotoren für den zb. Heckantrieb und fertig .
Sowas kann man selber bauen mit etwas Geschick , den Dreck mit der Gasturbine sicherlich nicht , das reicht nur um hier Seitenlang über nichts zu schreiben !
Die Sache mit der Turbine scheiter schon beim Kaufpreis.
Durch die Wanndlung von Energie gibt es auch wieder Verluste, so im Hydraulik Motor/Pumpe und im Schieber. D.h. musst du schon eine Steuerung haben die den Motor im optimalen Lastpunkt hält(siehe Prius) wenn du am Ende was am Wirkungsgrad erreichen willst. Sonst brauchst du einfach mehr Energie als vorher. Ich wüsste kein Konzept was besser ist wie direkter Kraftfluss in reiner Mechanik. D.h. hat man Wanderüberbrückungskupplungen die möglichst früh schließen. Fendt nutzt auch so viel es geht den Mechanischen Anteil, einfach weil über die Hydraulik die Verluste zu hoch sind. Das ist super zum Verschleißfreien Anfahren, Rangieren etc. Aber nicht Wirkungsgradoptimal.
Die Steuerung nennt sich Gaspedal und bei 2 Motoren mit max 900-1000 Nm mit max 3000 U/min in einem Auto unter einer Tonne sollte das reichen und das mit einem Diesel mit max 800 ccm , Pumpen mit 450 bar und gut .
Bei der Leistung sind mir die Verluste relativ egal und die Idee ist ja noch am Anfang , Änderungen vorbehalten .
Moin
Provaider
Fendt, genau wie Prius, nutzen, wenn man den Akku mal raus läst, genau 50% mechanisch und die anderen 50% hydraulisch oder eben elektrisch. Die Zapfwelle ist 100% mechanisch, und ich meine bei den neuen wird ab einer gewissen Drehzahl 100% mechanisch auch der Antrieb übernommen.
Der Nachteil des schlechteren Wirkungsgrades über die elektrische/hydraulische Seite wird mit einem besseren Wirkungsgrad (durch optimierten Lastpunkt/Last) des Motors mehr als Wett gemacht.
OHCHUNTER
450 bar zu erzeugen ist ein Witz. Das schaffst du schon mit deiner Fußbremse. Nur wie weit bewegt sich dabei dein Bremskolben?
Hydraulikaggregate der Feuerwerh erzeugen 700 bar, dennoch bewegen sich die Scheren und Spreizer sehr langsam. Kraft ohne Ende, aber keine Geschwindigkeit.
Oder mal ganz kurz: Dein kleiner Motor, 800 ccm und 20 PS? bekommt, egal was du für eine Pumpe dran hängst, nur eben diese 20 PS auch auf die Räder. Das ist Mau, das bleibt Mau. Der Wirkungsgrad ist dabei eh fürn Arsch.
Moin
Björn
Ok , dann nehmen wir einen 1,1 3-zylinder Diesel mit 25 ps und 3000 U/min max .
Ist Nebensache , es geht um die Kraftübertragung an die Räder .
Konstantmotor 1 zb. (75) 2 Stück
http://www.linde-hydraulics.com/.../detail.aspx?...
Konstantmotor 2 zb. (125) 2 Stück
http://www.boschrexroth.com/.../VorNavi.cfm?...
für Beide reichen 450 bar bei passender Fördermenge .
Die Leistung vom Diesel dient nur zur Betreibung der Pumpen , von 20 oder 25 ps an den Rädern kann keine Rede sein , in den Listen steht drin was die besagten Konstantmotoren bringen .
Dann nimmst du die Drehzahlen und rechnest mit einem Abrollumfang von 175 cm und der Drehzahl die mögliche Geschwindigkeit aus und das bei einem 900 kg Auto .
Danach schauen wir mal was deine Gedankengänge dann dazu sagen .
Zum Einem möchte ich Frisel zustimmen ,zum Anderen sind deine Gedankengänge überlegenswert.
Bopp19
Das mit Friesel zustimmen lässt du besser , der ist hier gerade sehr nachdenklich ruhig geworden ! 😁
Zitat:
@OHCTUNER schrieb am 28. April 2016 um 17:21:42 Uhr:
für Beide reichen 450 bar bei passender Fördermenge .
Die Leistung vom Diesel dient nur zur Betreibung der Pumpen...
Dann rechne doch einfach mal die benötigte Fördermenge bzw. die Antriebsleistung der Pumpen aus.
Hint: Wenn aus einem Kasten mehr Energie herauskommt, als hineingesteckt wurde, ist die Rechnung falsch.
BTW: Du solltest hoffen, dass Dein Physiklehrer hier nicht mitliest.
mfg, Tom
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Es ist doch gerade so schön ruhig hier...
Hydrostatische Antriebe sind relativ ineffizient und nicht unbedingt leise. Pumpe und Motor mit je 85% Wirkungsgrad bedeutet einen Gesamtwirkungsgrad von 72%...
Aus diesem Grund spielen sie im PKW keine Rolle.