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
Moin
Dir ist schon bekannt, das Hydrostaten teils auch mit Konstantmotoren realisiert werden? Vario hat solche Motoren verbaut, nur schwenkbar, um ihre Fördermenge zu Verändern.
Aber:
Die klare Antwort hast du bekommen. Es funktioniert nicht. Nicht im PKW, nicht im LKW, nicht im Radlader, nicht in einer Lokomotive.
Warum macht es wohl keiner. Warum geht jeder den Weg des Leistungsverzweigten Getriebes, wenn es denn Hydraulische Anteile für die Stufenlosigkeit geben soll? Sowohl im Landwirtschaftlichen Bereich, als auch bei als Beispiel Panzern?
Warum verbaut man in Zugmaschinen Dieselelektrische Einheiten? So auch bei Schiffen?
Warum schafft es ein Verbrennungsmotor mit 20 kW, mit einem Wirkungsgrad übers Getriebe von 98 %, nicht 200 kmh zu fahren?
Und warum soll es ein Hydraulischer Antrieb, mit nur 70% Wirkungsgrad schaffen? Was meinst du wieso das Öl so warm wird? Es zu kühlen ist kein Problem, macht man dennoch nicht, wenn man es umgehen kann. Und warum? Weil die Verluste viel, vielviel zu hoch sind.
DU hast immernoch nicht die Grundlage verstanden. Verlangst aber klare Antworten im Detail, weit über den Grundlagen.
Und da kann man dir einfach Antworten: Es funktioniert nicht. Haben schon genug Leute versucht.
Moin
Björn
Ja klare Antworten wären mir lieber als geht nicht , taugt nicht , usw. !
Sowas kriege ich ständig zu hören bei meinen Basteleien , muss man einfach ignorieren und gut !
Bis jetzt konnte ich nach einem Prüfstandbesuch noch jeden Zweifler vom Gegenteil überzeugen .
Zum Thema Verlust , mein Motor hat 84,4 ps an der Kupplung und bringt davon nur 66,8 ps auf die Räder , das zum Thema Getriebe/Verlust .
Sicherlich ist der hydraulische Weg noch nicht geklärt , aber da steckt viel Arbeit und Geld drin sollte ich das durchziehen , die Fragen sind gestellt und wenn ich das umsetze , ist das grob geklärt , wenn hier keiner brauchbare Antworten liefern kann , muss ich mir die halt woanders besorgen .
Das Ziel ist klar definiert , Altagstauglich muss es nicht werden als Spaßprojekt , es muss nur halbwegs funktionieren !
Zitat:
@Friesel schrieb am 2. Mai 2016 um 08:21:32 Uhr:
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.
Also ich wollte nicht sagen dass hydraulische Antriebe nicht ihre Nachteile haben, sonst würden sie sich ja allgemein durchsetzen.
Aber bei Lokomotiven gibt es den Diesel-Hydraulischen Antrieb durchaus:
http://voith.com/en/1429_d_g_2040_d_flyer_maxima_2011-10.pdf
Bei Traktoren git es immerhin eine Kombination aus mechanischen und hydraulischen Getriebe:
http://www.claas.de/.../cmatic-getriebe
Und bei LKWs als zuschaltbaren Vorderachsantrieb für temporären Einsatz:
http://www.eurotransport.de/.../...tatische-zusatzantriebe-451502.html
Anfahrzugkraft 408 KN , ich will nur grob 200 Nm ! 😁
Moin
gla
Sicher das die Lok Hydraulisch fährt? Unter Voith finde ich zwar nicht viele Infos, aber alle Getriebe sind sogenannte Turbogetriebe, dieses sind Schaltgetriebe mit einem Wandler vorweg. Also nicht Hydrostatisch.
Der Claas Axion, wie alle Traktoren mit Varioantrieb, hat ein Leistungsverzweigtes Verteilergetriebe. (Ähnlich dem PRIUS HSD, nur mit hydraulischer zweiter Seite)
Zitat:
Zitat:
Der hohe mechanische Anteil bei der Kraftübertragung sorgt in jedem Geschwindigkeitsbereich für einen ausgezeichneten Wirkungsgrad bei gleichzeitig niedrigem Kraftstoffverbrauch.
Beim Fendt wird hier, nahe Nenndrehzahl, rein mechanisch gefahren, spart Kraftstoff. Wird beim Claas ähnlich sein.
Die Zuschaltbare Vorderachse mit Hydrostat wird dies so realisiert, damit der LKW auf der Straße einen Verbrauch hat, wie ein Nichtallradler. Allrad mit schleppen kostet einige Liter mehr pro km, und das obwohl ich den Antrieb doch nur auf der Baustelle brauche.
Zitat:
Zitat:
Bei MAN schaltet sich Hydrodrive bei Tempo 30 ab, bei Renault ab Tempo 50. Bei höheren Geschwindigkeiten oder bei Dauerbetrieb würde die Hydraulik überhitzen und dauerhaft Schaden nehmen.
Wo wir wieder bei den Radladern sind, welche weite Strecken fahren sollen, und dann immer mit einem Turbogetriebe ausgestattet sind. Hydrostat verbrennt dort schlicht.
OHCTUNER
Zitat:
Zum Thema Verlust , mein Motor hat 84,4 ps an der Kupplung und bringt davon nur 66,8 ps auf die Räder , das zum Thema Getriebe/Verlust .
Du hast hierbei die Übersetzung raus gerechnet? Es gibt keinen Gang der eins zu eins die Motorleistung auf die Räder bringt. Sie wird immer Untersetzt. Alleine dein Differential untersetzt die Drehzahl schon.
Ich möchte dir nicht deinen Bastlermut nehmen, aber die Wirkungsgrade von Getrieben, egal ob mechanisch, hydrostatisch oder Leistungsverzweigt, sind bekannt, und die änderst du in deiner Garage nicht.
Moin
Björn
Moin
Björn
Da gab es nichts zu rechnen , Prüfstandmessung und fertig , Ihr denkt einfach zu kompliziert , meine Gedanken sind bei der Realität angesiedelt , was hab ich an Leistung und was kommt am Rad an , fertig .
Und genauso läuft das bei Hydraulikantrieb , was brauch ich an Leistung um die Pumpe mit der benötigten Fördermenge zu betreiben und dazu die passenden Motoren , fertig .
Die Motoren sagen was möglich ist , der Rest ist Umsetzung .
Was soll ich da falsch machen bei derzeit vielleicht 80 Nm am Rad .
Immer wieder erstaunlich.....
Es gibt Technische Anwendungen um die herum seit 130 Jahren intensivst geforscht wird, und das von Menschen die eine fundierte Ausbildung in Kombination mit einem überdurchschnittlichen IQ haben.
Es gibt physikalische Gesetzmässigkeiten wenn es um die Umsetzung von Wärmeenergie zu mechanischer Energie geht die 1824 also vor 192 Jahren veröffentlicht wurden.
Und immer wieder solche Threads.
Also zusammenfassend:
Die Technik ist ein interessantes Wissensgebiet
Die Gasturbine ist als Rangeextender ungeeignet weil:
zu teure Materialen gebraucht werden
der Wirkungsgrad eher niedriger als der eines Kolbenmotors ist
Der Wankel ist als Rangeextender ungeeignet weil:
er ausser der Baugrösse und der Vibrationsfreiheit keine Vorteile hat
dagegen sein Brennraumdesign im Vergleich zu einem Kolbenmotor einfach "Scheibe" ist und von Dichtleisten etc.. rede ich nicht.
Zu den Hydraulik Kram schreib ich nix das ist hier komplett o.T.
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
Zitat:
@Zephyroth [url=http://www.motor-talk.de/.../...urbine-als-rangeextender-t4683518.html
Beispielsweise eine 100mm-Turbine mit 8kg Gewicht liefert etwa 170PS, gurgelt aber 2.5l Diesel pro Minute bei Volllast.
Also wenn die Werte hin kommen... dann gurgelt die 2.5 dm3 x 0.86 kg/dm3 x 60 = 129 kg Diesel pro Stunde... mal dem Heizwert von 11.8 kwh/kg also 1522.2 kWh an Energie und liefert...
170 PS / 1.36 also 125 kW oder 125 kWh in der Stunde an mechanischer Energie ab.
dann hat die 100/1522.2x125 = sagen und schreibe 8.21 % Wirkungsgrad.
Edit: danke für denTipp einmal falschrum gerechnet..
Zitat:
@Auric schrieb am 19. Mai 2016 um 13:45:45 Uhr:
170 PS x 1.36 also 231.2 kW
170 PS / 1.36 also 125 kW 😉
Gruß Metalhead
Ja, das ist der Wirkungsgrad von Kleinstturbinen. Wobei die genannte eine sehr starke Modellturbine war und entsprechend einfach aufgebaut. Aber auch bei Turbinen mit Axialverdichter kommt man bei diesem Maßstab kaum über 15%.
Kleine Modellturbinen mit 50-60mm Kompressorrad haben um die 150-200kW Heizleistung in der Brennkammer, die liefern um die 5-8kg Schub, in Leistung ist das dann etwa 15-20kW, also auch um die 10% Wirkungsgrad.
Grüße,
Zeph