Was ist Turbinenantrieb?

Turbinenantrieb ist der Antrieb eines Fahrzeugs durch den Einsatz einer Turbine. Aufgrund des geringen Drehmoments der Turbine werden Landfahrzeuge selten von einer Turbine angetrieben. Marineschiffe haben jedoch seit ihrer Erfindung im späten 19. Jahrhundert Turbinen als Antrieb verwendet. Die am häufigsten verwendeten Turbinentypen für den Antrieb sind Dampf- und Gasturbinen, die beide ihre eigenen einzigartigen Vor- und Nachteile haben. Heutzutage verwenden viele moderne Militärschiffe Dampfturbinen wegen ihrer hohen Geschwindigkeit und Effizienz.

Die erste praktische Dampfturbine zum Antrieb und zur Energieerzeugung wurde 1884 von Sir Charles Parsons erfunden. Die Parsons-Turbine verbesserte sich im Laufe der Zeit und wurde schließlich in ein speziell gebautes Schiff eingebaut. Dieses als „Tubrinia“ bekannte Schiff war das erste Wasserfahrzeug, das jemals von einer Turbine angetrieben wurde. Das 1894 vom Stapel gelassene Schiff erreichte eine Geschwindigkeit von 34.5 Knoten (39.7 mph, 63.9 km/h) und wurde verwendet, um das Potenzial für den Dampfturbinenantrieb in Seeschiffen zu demonstrieren.

Seitdem wurde der Einsatz von Dampfturbinenantrieben für Seeschiffe immer beliebter. Turbinen wurden aufgrund ihres höheren thermischen Wirkungsgrades, ihrer Geschwindigkeit und ihres Leistungsgewichts gegenüber den großen Kolbendampfmaschinen dieser Zeit bevorzugt. Kreuzfahrtschiffe wie die Cunarder „Lusitania“ setzten Dampfturbinen als Antriebsmotoren ein, die es ihnen ermöglichten, deutlich schneller zu fahren als ihre kolbengetriebenen Gegenstücke. Die von Dampfturbinen angetriebene SS „United States“ hält immer noch das Blaue Band für die schnellste transatlantische Überquerung in westlicher Richtung mit einer Höchstgeschwindigkeit von etwa 38 Knoten (43.8 mph, 71 km/h).

Mit der Entwicklung der Kernenergie ist der Dampfturbinenantrieb weiterhin eine weit verbreitete Energiequelle. Nuklearbetriebene Schiffe, einschließlich U-Boote, verwenden Dampfturbinen als Hauptantrieb. Kernreaktoren ersetzen Kessel, um kochendes Wasser in überhitzten Dampf zu erhitzen. Der Dampf wird dann durch die Turbine geleitet, wo er dann abgesaugt und für die zukünftige Verwendung kondensiert wird.

Trotz ihres geringen Drehmoments wurden Dampfturbinen in Landfahrzeugen verwendet. Der Ford Nucleon war ein vorgeschlagenes nuklearbetriebenes Auto, bei dem ein kleiner Kernreaktor eine Turbine antrieb. Im Jahr 2009 brach ein britisches Ingenieurteam den Geschwindigkeitsweltrekord für dampfbetriebene Autos mit Dampfturbinen. Es gab auch einige Lokomotiven, die von Dampfturbinen betrieben wurden.

Einer der Nachteile von Dampfturbinen ist ihr geringes Drehmoment. Um dieses Problem zu überwinden, werden jedoch Untersetzungsgetriebe verwendet, um das Drehmoment auf Kosten der Umdrehungen pro Minute (RPM) zu erhöhen. Während die Drehmomentanforderungen je nach Anwendung variieren, benötigen fast alle dampfturbinenbetriebenen Fahrzeuge ein bestimmtes Drehmoment, das durch einen Direktantrieb nicht erreicht werden kann. Die meisten von Dampfturbinen angetriebenen Fahrzeuge verwenden daher Untersetzungsgetriebe.

Eine Alternative zu Untersetzungsgetrieben ist ein turboelektrischer Antrieb, bei dem die Turbine einen Generator antreibt, der einen Elektromotor antreibt. Der Elektromotor dient dann als Antriebsmotor für das Fahrzeug, die Dampfturbine liefert seinen Strom. Turboelektrische Systeme wurden jedoch aus Kostengründen nur in wenigen Schiffen und Lokomotiven eingesetzt.

Auch im modernen Turbinenantrieb spielen Gasturbinen eine sehr wichtige Rolle. Im Gegensatz zu einer Dampfturbine, deren Hochgeschwindigkeitsdampf mehrere Rotoren antreibt, erzeugen Gasturbinen durch Verbrennung die für die Rotation erforderliche Wärmeausdehnung. Gasturbinen sind nicht nur wesentlich leistungsstärker als Dampfturbinen, sondern können auch mit viel höheren Drehzahlen rotieren. Aus diesem Grund wurden Gasturbinen für Flugzeuge, Lokomotiven, Schiffe und sogar schwerere Militärfahrzeuge verwendet.