War der Gasturbinenantrieb bei den Lokomotiven ein Flop? Oder kam die Ölkrise der Entwicklung in die Quere? Diese Seite soll die Geschichte und Funktion des Gasturbinenantriebs beschreiben, wie er auch in den BR 602 und BR 210 in den Siebziger Jahren zum Einsatz kam.

Geschichte

Die Ölkrise im Jahr 1973 zeigte, daß der Einsatz von Gasturbinen im Lokomotivbau nicht weiterentwickelt werden würde. Der Treibstoffverbrauch war zu hoch, um den Betrieb wirtschaftlich zu gestalten, hohe Unterhaltungs- und Anschaffungskosten ergänzten die Negativliste dieses Antriebs. Bereits in den vierziger Jahren wurde von der Lokomotivindustrie der Versuch unternommen, das damals modernste Antriebsaggregat einzusetzen.

• Vorteile:
  Einfaches System
  Geringes Eigengewicht
  Hohe Leistung
  Diese Vorteile fühten vor allem im Flugzeugbau zu einem Einsatz der Gasturbine.
  Bereits Anfang des 20. Jahrhunderts war dieser Antrieb größtenteils theoretisch berechnet.

Funktionsweise

Das Triebwerk Avco Lycoming T53-L-13, eingesetzt in der Baureihe 210

Das Funktionsprinzip einer Gasturbine ist das Übertragen kinetischer Energie bewegter Teilchen in eine Rotationsbewegung. Diese Rotationsbewegung treibt dann eine Maschine an. Zugrunde liegt das physikalische Gesetz der Impulserhaltung: m1 v1=m2v2 .Das Billardkugelphänomen führt dieses Gesetz gut vor Augen: Trifft eine Billardkugel eine zweite, gleichschwere, Kugel senkrecht, so rollt die getroffene Kugel mit der Geschwindigkeit weiter, mit der die treffende Kugel aufgeprallt ist, während die treffende Kugel stehen bleibt. Ist die getroffene Kugel leichter, rollt sie mit größerer Geschwindigkeit weiter, als die treffende aufgeprallt ist.
Jetzt kommen noch die Turbinenschaufeln ins Spiel. Bei einem senkrechten Aufprall der ersten Billardkugel auf die zweite, rollt die zweite Kugel genau in der Richtung weiter, wie die erste gerollt wäre, hätte sie keinen Aufprall gehabt. Dies wäre bei einer Turbine völlig ungeeignet, da sie sich nicht drehen würde. Also muß die Turbinenschaufel so geformt sein, daß die heißen Gasteilchen ihre kinetische Energie langsam abgeben und danach abgekühlt austreten. Dabei sollen die Teilchen natürlich möglichst viel ihrer Energie an die Schaufeln “verlieren”, um möglichst viel Leistunng zu bekommen.

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Aufbau der Gasturbine

Die ersten Versuche wurden mit Wasser und Wasserdampf gemacht. Auch heute noch wird aus der potentiellen Energie eines Stausees durch das Gefälle  kinetische Energie gewonnen und diese in der Turbine zu einer Rotation umgewandelt. Mittels eines Generators wird dann aus dieser Bewegung Strom gewonnen.
Der Unterschied der Gasturbine liegt im fehlenden Reservoir. Eine Gasturbine hat deshalb außer der Turbine noch eine zweite Baugruppe, den Kompressor.

Gasgleichung: Druck mal Volumen = Konstante mal Temperatur

Die Luft wird vom Kompressor angesaugt, dort höchstmöglich verdichtet. In die Brennkammer wird jetzt Kraftstoff eingespritzt und gezündet. Da das Volumen begrenzt ist, die Temperatur jedoch durch die Verbrennung steigt, wird der Luftdruck erhöht. Der Druck muß sich entspannen und wird an die Turbinenschaufeln geleitet. Die Gase streichen an den Schaufeln entlang und treiben sie an.
Sinnigerweise baut man gleich zwei Turbinengruppen in solch eine Einheit ein: DIe eine Turbine treibt den Kompressor an, die andere ist für die eigentliche Leistung zuständig. Dabei ist zu bemerken, daß alleine zur Verdichtung bis zu 80% der gewonnenen Leistung wieder verwendet werden müssen; d.h. nur weing mehr als 20% der gewonnenen Leistung steht als reine Nutzleistung zur Verfügung.

Bell UH-1D der Bundesluftwaffe: Dieser Helikopter wird auch von der Gasturbine Avco Lycoming T53-L-13 angetrieben

 Eine kritische Eigenschaft der Gasturbine sind die hohen Drehzahlen und die hohen Temperaturen, die in der Brennkammer bis 2000° C erreichen können. Bei Flugzeugturbinen sind deshalb auch automatische Löschanlagen eingebaut. Zur Kühlung der Turbine wird ein großer Teil der verdichteten Luft nicht in die Brennkammer geleitet, sondern in die Turbine zur Kühlung, da diese sonst nicht lange den hohen Temperaturen standhalten könnte. Bei der Herstellung müssen hohe Qualitätsanforderungen erfüllt werden und der Einsatz sowie die Wartung solcher Turbinen bedingt einen Einsatz von Spezialisten. Wenn man sich vor Augen hält, daß das Gas mehrere hundert Meter pro Sekunde zurücklegt und somit die Turbine eine sehr hohe Rotationsgeschwindigkeit hat, wird klar, daß kleinste Teile, die in diesen Kanal kommen, eine hohe Zerstörungskraft haben. Gerade im Bodennahen Einsatz ist jedoch die Ansaugung von Schmutzpartikeln stärker gegeben als in der Luft.

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Gasturbinen im Lokomotivbau:

Die erste Gasturbinenlokomotive der Welt war die Am4/6, die als Prototyp im Jahre 1941 von der Firma BBC in der Schweiz gebaut wurde. Da die Schweiz sehr gute Erfahrungen mit dem Elektroantrieb gemacht hatte, wurde die Lokomotive als Gasturbinen - Elektrolokomotive konzipiert.
Aus dieser Lokomotive entstand die Lokomotive 18000, die von SLM und BBC für die britischen Eisenbahnen gebaut wurde. Aber schon bei diesen Lokomotiven zeigte sich der teure Unterhalt und die hohe Fehleranfälligkeit bei falscher Bedienung. Die Am 4/6 legte mehrere hunderttausend Kilometer während ihres dreizehnjährigen Lebens zurück, bis sie einen schweren Turbinenschaden erlitt, der auf Überhitzung zurückzuführen war.

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