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
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Moin
Gibt Menschen die haben noch mehr zu tun als in Foren rum zu surfen. OHCTUNER, und darum ist es auch wenig nachdenklich, wenn ich mal nicht reagiere.
Du hast nicht verstanden, dass der Druck nur die eine Sache ich. 450 bar zu erzeugen ist kein Problem. Sogar mit einer Handpumpe bekommst du die hin. Aber die erforderlichen 405 -1600 Liter Förderstrom, bei eben 450 bar, die dein Motor gerne haben möchte....
Moin
Björn
Ich hab das schon verstanden und wenn es solche Motoren gibt , gibt es auch passende Pumpen dafür !
Ich hab sowas schon öfters in abgewandelter Form gebaut , da waren es halt nur max 280 bar und die Motoren drehten nur max 250 U/min .
Wenn der Druck und die Fördermenge passt , wird auch die Leistung vorhanden sein und da müsste man schon einen anständigen 6 Zylinder Turbodiesel gegen halten um an das Drehmoment ran zu kommen .
Liegt es an der mangelnden Erfahrung , oder warum wird hier so argumentiert als wenn es dafür keine passenden Pumpen gibt ?
Neben einem motor, Der die pumpe antreibt fur die hydrolic motoren, benotigt du auch einen oil tank. Das ist alles gewicht.
Rudiger
Die Pumpe muss aber auch die Leistung bekommen damit sie diese weiter geben kann. Und es gibt immer Verluste. D h muss vorne mehr rein als hinten raus kommt.
Drehmoment ist egal. Es zählt die Leistung. Den Leistung ist das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl. D.h. gibt es ja Getriebe um Drehzahl und Drehmoment zu wandeln.
Vergesst doch mal Getriebe und Öltank , es gibt kein Getriebe/Diff bei der Geschichte und über einen benötigten Öltank muss man doch auch nicht ernsthaft reden .
Seriengetriebe fliegt raus , Pumpe wird samt Steuerung am Motor angeflanscht , gibt es fertig zu kaufen , zb. für Kubota Motoren , mit denen hab ich gearbeitet .
Selbst Intankpumpen samt Tank lassen sich an den Motor flanschen .
Verluste werden immer vorhanden sein , aber man kann mit einem relativ kleinen Motor hydraulisch deutlich mehr Drehmoment erzeugen ohne dafür einen fetten Turbodiesel zu nutzen , da geht es erst mal nur um das Prinzip , von Serienreife kann keine Rede sein , es ist umsetzbar und wird funktionieren und um nichts anderes geht es .
Keine fette Batterie , keine begrenzte Reichweite wie beim E-Antrieb , es muss nichts aufgeladen werden , keine komplizierte Technik und fertig .
Jeder mit fundierten Schrauber und Hydraulikkenntnissen könnte so was bauen .
Hydraulischen Antrieb gibt es in unterschiedlicher Form meines Wissens bei Lokomotiven, bei Traktoren und sogar bei Rasentraktoren auch.
Was allen drei gemeinsam ist, ist dass sie im Verhältnis zur Raddrehzahl ein sehr hohes Drehmoment haben. Dort dürfte das Getriebe auch wirtschaftlich sein.
Gewicht ist weder bei Lokomotiven noch bei Traktoren ein Problem. Und eigentlich bei den langsamm fahrenden Rasentraktoren auch nicht.
Dort wo das Drehmoment im Verhältnis zur Drehzahl gering ist dürfte die Wirtschaftlichkeit umgekehrt ausschauen. Auch das Gewicht spielt bei PKWs bei weiten die bedeutendere Rolle.
Radnabenmotoren würden darüber hinaus bei PKWs die ungefederten Massen erhöhen was man bei den schneller fahrenden Pkw auf keinen Fall brauchen kann.
Lokomotiven sind zwar nicht langsam unterwegs, aber sie brauchen nicht häufig beschleunigt und verzögert werden und das Gewicht der ungefederten Massen spielt überhaupt keine Rolle.
Es ist daher überhaupt kein Wunder dass hydraulische Antriebe bei so unterschiedlichen Fahrzeugen wie Lokokmotiven, Traktoren und Rasentraktoren Anwendung fiden bei PKWs aber nicht.
Klare Sache , am Komfort der Kraftübertragung muss man etwas nach arbeiten , aber auch dafür gibt es Lösungen , wird eh nie vergleichbar mit einem Serien PKW sein , aber darum geht es ja erst mal nicht .
Es geht erst mal um hohes Drehmoment und hohe Geschwindigkeit ohne dafür einen dicken Motor zu nutzen und das mit Direktantrieb .
Zitat:
@OHCTUNER schrieb am 1. Mai 2016 um 17:16:31 Uhr:
Es geht erst mal um hohes Drehmoment und hohe Geschwindigkeit ohne dafür einen dicken Motor zu nutzen und das mit Direktantrieb .
Also bei deinem Hydromotor hast du genau so eine Übersetzung.
Du kannst die Leistung enweder dazu nutzen um viel Öl zu fördern und wenig Druck oder umgekehrt, viel Druck und wenig Öl. Das kommt aufs gleiche hin wie bei einer Getriebeübersetzung. Nur dass es einen stufenlosen Getriebe entspricht.
Aber mehr Drehmoment kannst du da nicht heraus holen. Das Drehmoment hängt ab von der gerade vefügbaren Leistung und von der Drehzahl. M=P/omega. Der Wirkungsgrad kommt noch hinzu. Aber mir wär neu dass der bei hydraulischen Getrieben generell besser ist als bei mechanischen Getrieben.
Zitat:
@gla schrieb am 1. Mai 2016 um 19:18:35 Uhr:
Der Wirkungsgrad kommt noch hinzu. Aber mir wär neu dass der bei hydraulischen Getrieben generell besser ist als bei mechanischen Getrieben.
Der liegt bei hydrostatischen Getrieben irgendwo in der Größenordnung von gerade mal 70% (Pumpe+Motor). Was auch die Frage beantwortet, warum derartige Antriebslösungen nie in einem PKW oder LKW gelandet sind.
Zitat:
@Friesel schrieb am 26. April 2016 um 15:26:56 Uhr:
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.
Sind die hohen Preise bei Modellbauturbinen nicht auch zu einem großen Teil den geringen Produktionsstückzahlen geschuldet?
Moin
Zitat:
Hydraulischen Antrieb gibt es in unterschiedlicher Form meines Wissens bei Lokomotiven, bei Traktoren und sogar bei Rasentraktoren auch.
Was allen drei gemeinsam ist, ist dass sie im Verhältnis zur Raddrehzahl ein sehr hohes Drehmoment haben. Dort dürfte das Getriebe auch wirtschaftlich sein.
Gewicht ist weder bei Lokomotiven noch bei Traktoren ein Problem. Und eigentlich bei den langsamm fahrenden Rasentraktoren auch nicht.
Bei Lokomotiven ist es mir nicht bekannt, soweit ich weis sind die Diesel-Elektrisch.
Beim Traktor, als dem Landwirtschaftlichen Zugfahrzeug, gibt es keinen mit Hydraulischen Antrieb. Maximal Mähdrescher und Häksler fahren heute Hydrostatisch.
Der Grund dafür warum man Hydrostaten nutzt, eben beim Mähdrescher und auch beim Rasenmähertraktor, ist der, das man eine konstante Motordrehzahl benötigt, um die Hauptkomponente, das Druschwerk, oder eben das Mähwerk, anzutreiben. Das deckt sich leider nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit, die häufig wechselt, Korn liegt in Lage, ist nur dünn gewachsen, ist Nass, oder eben dicht bewachsen. Man möchte häufig mit anderen Geschwindigkeiten fahren. Früher nutzte man dazu Variomaten, sprich Riemenantriebe mit variabler Übersetzung ähnlich einem Rollen. Heute nutzt man häufig Hydrostaten, wenn die Hauptaufgabe aber ziehen sein soll, dann nutzt man Leistungsverzweigte Getriebe wie im Fendt.
Das ist das gleiche mit Baggern und Radladern. Sie benötigen viel Volumenstrom für den Baggerarm, oder die Radladerschaufel, dies wird Hydraulisch verwirklicht. Fahren ist nur Nebensache, und Mittel zum Zweck, nur darum wird es dann hydraulisch gemacht.
Wenn man einen Radlader hat, welcher viel fahren soll, dann hat dieser fast immer eine Wandlerautomatik. Ein Hydrostat würde ihn bei langer Straßenfahrt schlicht den Antrieb verbrennen, so warm wird hier das Öl.
Und damit hast du den größten Nachteil deines Hydraulischen Antriebes. Er erzeugt eine Wahnsinns Abwärme und damit extrem hohe Verluste.
Auch Häcksler oder Mähdrescher, die heute 40 fahren dürfen, haben häufig dafür einen extra mechanischen Gang, wenn nicht eh Variomatik, oder Leistungsverzweigung wie Fendt Vario. (Nur als Beispiel, hat heute jeder, nur Hydrostaten hat keiner.)
OHCHUNTER
Zitat:
Liegt es an der mangelnden Erfahrung , oder warum wird hier so argumentiert als wenn es dafür keine passenden Pumpen gibt ?
Du hast immernoch nicht verstanden was Drehmoment und Leistung verbindet. Ein Lanz Bulldog hatte ein Wahnsinns Drehmoment, dennoch konnte er keine 100 kmh fahren. Die Leistung reichte einfach nicht. Und genau das ist das Problem in deinem Gedankengang. Wenn du einen 20 kW Motor hast, dann bekommst du auch nicht mehr wie 20 kW auf die Räder. Egal welches Getriebe du da ran setzt.
Deine 1000 Nm sind bei ganz wenig Volumenstrom, daraus relultiert nur eine geringe Drehzahl. WEnn du diese, auch mit großen Reifen, übersetzt, sinkt dein Drehmoment, und steigt deine Drehzahl. Am Ende aber hast du wieder nur 20 kW am Rad. (Und das ohne Verluste, wo der Hydrostat mit der schlechteste ist)
Im übrigen nutzt heute auch jeder Hydrostatantrieb Turbomotoren, wenn man entsprechend über den Rasenmähertrecker hinaus geht.
Moin
Björn
Deine Erklärung geht wieder am Thema vorbei , aber ich kann es dir ja noch mal erklären !
Kein Hydrostat Getriebe , sondern ein Konstantmotor als Direktantrieb pro Rad/Achse !
Kein Rasenmäher , keine Landmaschiene , es geht um einen PKW unter einer Tonne Gewicht !
Bekomme ich damit auch nur 220 NM auf die Räder , wäre das schon vollkommen ausreichend .
210 km/h max wären auch schon ausreichend , brauchst nur mit den 175 cm Abrollumfang rechnen , dann weißt du wie viel Drehzahl ich dafür brauche .
Die als Beispiel angebenen Motoren werde ich damit nicht ausreizen müssen !
Vergess endlich diese dummen 20 KW , wenn ich mit meinen Vorstellungen damit den Volumenstrom und den Druck schaffe , wird das funktionieren .
Und zum Thema Abwärme gibt es dafür extra Ölkühler , die ich in größeren Anlagen (LKW) auch schon verbaut habe und da funktioniert das auch im Dauerbetrieb , darüber hinaus würde ich beim Hydrauliköl sicherlich eine dafür geeignete Güteklasse verwenden .
Also 220 Nm ist doch nichts am rad. Selbst ein Kleinwagen hat da vierstellige Werte nach dem Getriebe im ersten gang.
Zitat:
@OHCTUNER schrieb am 2. Mai 2016 um 19:24:52 Uhr:
Kein Hydrostat Getriebe , sondern ein Konstantmotor als Direktantrieb pro Rad/Achse !
Mit einem Konstantmotor wird der Wirkungsgrad tendenziell noch schlechter.
Zitat:
Kein Rasenmäher , keine Landmaschiene , es geht um einen PKW unter einer Tonne Gewicht !
Bekomme ich damit auch nur 220 NM auf die Räder , wäre das schon vollkommen ausreichend .
Eine rechnerische Steigfähigkeit von ca. 7% ist vollkommen ausreichend?
Zitat:
Und zum Thema Abwärme gibt es dafür extra Ölkühler
Money to heat converter? Hydrostatische Antriebe sind zu ineffizient, als dass sie bei überwiegendem Fahrantrieb eine Rolle spielen könnten. Das ist einfach das absolute KO-Kriterium.
Ich suche noch nach Diagrammen um der Sache auf den Grund zu gehen , das gilt auch für die Leistung die ich für die passende Pumpe(n) benötige , dazu brauche ich klare Antworten , genauso wie für den Einsatz im Dauerbetrieb .