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Von der Turbine zum Turbolader

Eine Innovation aus der Luftfahrt erobert die Automobilbranche und sorgt für umweltfreundlicheres Fahren

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Innovation leitet sich ab vom lateinischen Verb innovare (erneuern). Jede neue Idee oder Technik hat ihre Vorzüge. Welchen Wert eine Innovation hat, hängt jedoch von ihrer Skalierbarkeit ab. Mit anderen Worten: Erst wenn eine industriespezifische Lösung für eine umfangreiche kommerzielle Nutzung geeignet ist, wird sie bedeutsam. Die Herausforderung liegt dabei nicht immer in der Technologie. Auch die Produktionskosten können ihre Alltagstauglichkeit und damit ihre Kommerzialisierung torpedieren.

Einlaufschichten (Englisch: clearance control coatings) bei Flugzeugturbinen sind ein Beispiel für eine Innovation mit großem Potenzial, die prädestiniert ist für eine breitere Nutzung. In Kompressoren und Turbinen reduzieren sie den Abstand zwischen Kompressor-Gehäuse und Laufrad. Dies verringert die Temperatur am Kompressor-Auslass. Damit lassen sich der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen deutlich reduzieren. Was natürlich eine Frage aufwirft: Kann man eine Technologie, die in der Luftfahrt funktioniert, nicht auch auf den Automobilbereich übertragen?

Flugzeugturbinen und Turbolader sind technisch betrachtet enge Verwandte. Düsentriebwerke saugen von vorne kalte Luft in eine Kammer, wo sie mit Kraftstoff entzündet wird, um an der Rückseite als heißer Luftstrahl auszutreten. Anschließend passiert sie eine Turbine, die wie eine kompakte Windmühle funktioniert und den Kompressor oder die Luftpumpe an der Vorderseite des Motors antreibt. Dadurch wird die Luft in den Motor gepresst, was letztlich dafür sorgt, dass der Kraftstoff richtig verbrennt.

Das Prinzip ähnelt dem eines Turboladers für den Kolbenmotor eines Autos. Hier treiben die Abgase eine Turbine an, die wiederum einen Luftkompressor antreibt, der zusätzliche Luft und damit Sauerstoff in die Zylinder presst. Dadurch können diese mehr Kraftstoff pro Minute verbrennen – und damit mehr Leistung erzeugen.

Verbrennungsmotoren mit einem Turbolader erzielen damit bei gleichem Hubraum mehr Leistung. Durch diese können Fahrzeuge mit kleineren und leichteren Motoren ausgestattet werden, die bei vergleichbarer Kapazität und Leistung eine geringere Reibung sowie geringere Wärmeverluste aufweisen. Das Resultat: Weniger Kraftstoffverbrauch und weniger Schadstoffemissionen.

So weit, so überzeugend. Doch die Umsetzung des in der Luftfahrt erfolgreichen Prinzips auf die Automobilindustrie erwies sich lange Zeit als schwierig. Der Grund dafür waren die Kosten für die Herstellung und Verwendung von Einlaufschichten in Turboladern. Sie waren schlicht zu hoch, was das Unterfangen unwirtschaftlich machte.

Scott Wilson von Oerlikon Metco wollte das nicht hinnehmen. Mit seinem Team aus Ingenieuren und Managern widmete er sich intensiv dem Problem. 2016 entwickelte und testete Wilson ein neues Material für Einlaufbeschichtungen, das den Durchbruch brachte. Schon bald soll die Technologie, die bei Turboladern Effizienz und Ladedruck erhöht, kommerziell produziert und eingesetzt werden.

Peter Lüthy, Production Manager für den Automobilbereich bei Oerlikon Metco, sagt: „Marktanalysen zeigen, dass die Beschichtung wohl hauptsächlich bei mittelgroßen Turboladern im Lastwagenbereich zum Einsatz kommen wird.“ Oerlikon Metco arbeitet eng mit dem weltweit größten Hersteller von Turboladern zusammen. Lüthy: „Unsere gemeinsame Implementierung im Lastwagenbereich wird voraussichtlich 2018 anlaufen.“

Dauerhafte Effizienzsteigerung durch Einlaufschichten für Turbolader im Lastwagenbereich vorausgesetzt, ist es allenfalls eine Frage der Zeit, bis die Technologie auch bei Pkws und Leichtfahrzeugen zum Einsatz kommt. In Fahrzeugen aller Größen ist damit aller Voraussicht nach 2021 zu rechnen.

Erstmalig eine kostengünstige Lösung für Einlaufschichten in der Automobilbranche anbieten zu können, ist für Oerlikon Metco ein großer Erfolg. Doch die Geschichte macht darüber hinaus deutlich, dass es bei Innovationen immer auch um die Umsetzung für den Massenmarkt gehen muss. Technologien für eine umweltfreundliche Mobilität spielen dabei eine besondere Rolle, weil sie nicht nur großartige Innovationen sind, sondern darüber hinaus einen Fortschritt für die gesamte Gesellschaft bedeuten.

Von Randy B. Hecht und Gerhard Waldherr

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