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Turbolader

Der Turbolader – niedriger Verbrauch bei hoher Leistung

Die Hauptaufgabe des Turboladers ist die Verdichtung der Verbrennungsluft, die dem Motor zugeführt wird. Dadurch ergeben sich im Vergleich zu Saugmotoren deutlich bessere Füllungen der Zylinder, was direkten Einfluss auf eine höhere Motorleistung bei gleichzeitig niedrigerem Verbrauch und geringeren Emissionen hat. Der Turbolader, auch Abgasturbolader genannt, nutzt dabei Teile der Abgasenergie. Anstatt ungenutzt einfach in die Umwelt zu entweichen, treibt diese Energie eine Turbine im ATL an. Gegenüber dieser Turbine ist ein Verdichter montiert, der dann die Verbrennungsluft ansaugt und dem Motor wieder in verdichteter Form zuführt. Eine mechanische Kopplung, wie etwa beim Kompressor über die Kurbelwelle, gibt es nicht.

Die wichtigsten Bestandteile

Die Turbine und der Verdichter im Turbolader sind mechanisch fest miteinander durch eine Welle verbunden. Für die Turbinen werden in den häufigsten Fällen Zentripetalturbinen eingesetzt, während bei den Verdichtern am ehesten auf Radialverdichter zurückgegriffen wird. Was aber sind Zentripetalturbine und Radialverdichter und warum werden sie bevorzugt als Bauteile verwendet?

Im Allgemeinen kann ein Radialverdichter auf die drei Hauptkomponenten Verdichterrad, Diffusor und Spiralgehäuse reduziert werden. Durch die Drehung des Verdichterrades wird die Abgasluft in axialer Richtung angesaugt und auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Nachdem die Luft das Verdichterrad im Anschluss in radialer Richtung verlässt, wird sie in den Diffusor geleitet. Hier wird sie so verlustfrei wie möglich wieder verlangsamt. Als Folge daraus steigen der Druck und die Temperatur der Abgasluft an. Vom Diffusor aus wird diese verdichtete Luft nun im Spiralgehäuse gesammelt. Bis zum Verdichteraustritt wird ihre Geschwindigkeit auch hier noch einmal verringert. So verändert gelangt die Abgasluft schlussendlich in die Turbine.

Gerade bei Industriemotoren, aber auch In PKW- und Nutzfahrzeugmotoren werden derzeit ausnahmslos Zentripetalturbinen, auch Radialturbinen genannt, eingesetzt. Der hohe Druck der Abgasluft im Spiralgehäuse kann nun in Form von kinetischer Energie dem Turbinenrad zugeführt werden, indem die Abgasluft mit konstanter Geschwindigkeit durch das Turbinenrad geleitet wird. So kann die kinetische Energie der Luft nahezu verlustfrei in die Rotationsenergie der Welle umgewandelt werden. Auf diese Weise ist eine optimale Ausnutzung vorhandener Energien gewährleistet, die ohne Einsatz des Turboladers ungenutzt in die Umwelt abgeleitet würden.

Ein Bauteil – viele Vorteile

Die vielen Vorteile des Turboladers machen ihn seit Jahren zu einem unverzichtbaren Bauteil in den meisten Dieselmotoren. Durch ihn war ihre Ausbreitung nach heutigem Maß überhaupt erst möglich. Die hohe Wirtschaftlichkeit und Leistung sind überzeugend und machen einen Motor mit Turboaufladung deutlich ansprechender für Käufer als Saugmotoren. Gerade die starke Reduzierung der CO2-Emissionen lässt ihn auch bei Otto-Motoren immer weiter an Bedeutung gewinnen. Da ein Motor mit Turbolader bei gleicher Leistung auch kleiner ausgelegt werden kann, als ein vergleichbarer Saugmotor, sind sie auch "Downsizing" eine ausschlaggebende Schlüsseltechnologie. Als Downsizing wird die Verbrauchsreduzierung und das Verkleinern des Hubraums und der Zylinderzahl ohne Einbußen in Leistung oder Komfort.

Ein weiterer großer Vorteil von Turboladern ist, dass ihre Konstruktion in der Regel die Lebensdauer des Motors erreicht. So ist keine gesonderte Wartung nötig und die Kontrollen im Rahmen der regelmäßigen Inspektionen sind völlig ausreichend. Kommt es dennoch zu Schäden am Turbolader, so kann bis zu 90 Prozent davon ausgegangen werden, dass der Schaden durch eine regelmäßige Wartung hätte vermieden werden können. Typische Ursachen sind unter anderem, aber nicht ausschließlich: das Eindringen von Fremdkörpern in den Verdichter oder die Turbine, Schmutz im Öl, eine mangelnde Ölversorgung oder überhöhte Abgastemperaturen, die durch Fehler an Zünd- oder Einspritzanlagen entstehen.

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