Maschinenbau 16.02.2001, 17:28 Uhr

Renaissance für die Dampfmaschine

Die Weiterentwicklung der klassischen Dampfmaschine könnte zu einer Wiedergeburt der besonderen Art führen. Neue Materialien, intelligente Steuerung und Erfindungsgabe ließen einen Motor für Pkw und BHKW entstehen, der praktisch keine Schadstoffe emittiert und jedes Brenngas verkraftet.

Die Dampfmaschine – ausgedient und mit den letzten Dampfloks endgültig aufs Abstellgleis geschoben? Aber nein. Die Berliner „Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr (IAV)“ ist auf dem besten Wege dazu, den Dornröschenschlaf der Dampfmaschine zu beenden und kann bereits die ersten Aggregate vorweisen. Sie werden von den Großen der Kraftwerks- und Automobilbranche teilweise mit Kopfschütteln, „aber auch mit Anerkennung und Verblüffung quittiert“, wie Burkhard Heise, Leiter des Marketing und Geschäftsführer der IAV-Tochtergesellschaft für Alternative Antriebe (TEA), berichtet.
Schon die Tatsache, dass alle bedeutenden Automobilhersteller und Zulieferer Fahrzeugkomponenten wie Antriebssysteme, Motoren und Elektronik bei dem Berliner Unternehmen entwickeln lassen, befreit es vom Verdacht des Spinnertums. „Moderne Werkstoffe, eine intelligente Steuerungselektronik und ein geschlossener Wasserkreislauf, bei dem Luftschadstoffe im Bereich der Nachweisgrenze emittiert werden, geben uns völlig neue Möglichkeiten“, sagt IAV-Manager Heise.
Die Motoren laufen unter der Projektbezeichnung ZEE, das für „Zero Emission Engine“ steht, und den praktisch schadstofffreien Betrieb charakterisieren soll. Zwei Hauptentwicklungsrichtungen stehen bei der IAV im Vordergrund: ein Motor für den Betrieb in einem Pkw und ein stationärer Motor als zentrales Element eines Blockheizkraftwerkes (BHKW).
Seit Mitte der neunziger Jahre arbeitet die IAV intensiv an Dampfmotoren, doch erst kürzlich war die Patentabsicherung und die technische Entwicklung so weit, dass man damit an die Öffentlichkeit ging. Mit Hilfe öffentlicher Fördermaßnahmen und Finanzmittel der Projektpartner wurden rund 30 Mio. DM investiert.
Am Grundprinzip einer Dampfmaschine hat sich nichts geändert: Ein Energieträger gibt seine Energie über die Erhitzung von Wasserdampf ab dieser setzt einen Kolben in Bewegung, der zum Fahrzeugantrieb oder über einen Generator zur Stromgewinnung eingesetzt wird. Ein wesentlicher Unterschied ist jedoch der geschlossene Kreislauf, der nur mit Wasser bzw. Wasserdampf gefahren wird.
Gegenüber klassischen Dampfmaschinen wurde die Effektivität der Energieumsetzung so weit erhöht, dass, im Falle des dreizylindrigen ZEE-Pkw-Motors, ein Durchschnittswirkungsgrad erreicht wurde, der über alle Fahrzyklen betrachtet an das Niveau eines modernen Diesel-TDI-Motors mit Hochdruckeinspritzung reicht. Dies wurde dadurch erreicht, dass der gesamte Expansionsvorgang des Wasserdampfs im Kolbenraum isotherm, also mit gleich bleibender Temperatur erfolgt. „Wir bewegen uns dabei ständig in einem Temperaturniveau von 500°C bis 600°C“, erklärt Herbert Clemens, Projektleiter Steuerkopfkonzepte.
Bei der Fahrzeug- und der BHKW-Variante kommen Porenbrenner zum Einsatz, die nicht mit offener Flamme arbeiten, sondern als thermische Reaktoren funktionieren. „Jeder Brennstoff ist im Prinzip verwendbar – ob Diesel, Benzin, Methanol, Erdgas, Biogas oder gar Wasserstoff – Hauptsache er brennt, ist sauber und lässt sich verdampfen“, versichert Detlef Wüsthoff aus dem ZEE-Forscherteam.
Noch sind Detailprobleme zu lösen, aber es wurde der Beweis erbracht, dass ein 50-kW-ZEE-Motor in ein übliches Fahrzeugkonzept zu integrieren ist, wobei die Kosten bei Serienfertigung kaum über denen vergleichbarer Otto- oder Dieselantriebe liegen sollen. Die BHKW-Variante muss noch kompakter werden, und die Komponenten sind Platz sparend zu integrieren. „Und noch fehlt der passende Geldgeber, um unseren Motor zur BHKW-Serienreife zu bringen“, meint Detlef Wüsthoff. MARTIN BOECKH

Betrieb im Verbund

Zentrale Regelung

Ein ZEE-Motor zur Kraft-Wärmekopplung mit einer typischen Leistung von 10 kW elektrisch und 30 kW thermisch könnte in sieben Jahren serienreif sein. Schon jetzt wurde das elektronische Motorsteuergerät, das für die Pkw-Variante verwendet wird, so ausgelegt, dass es in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) auch die gesamte thermische und elektrische Leistungsregelung übernehmen kann. Und mehr noch: die Struktur wurde so ausgelegt, dass sie für alle gängigen Datenbus-Systeme offen ist und auch per TCP/IP – also per Internet – ansprechbar ist. Damit können in Form von Energie-Contracting-Modellen zahlreiche BHKWs auch über große räumliche Distanzen zentral „gefahren“ werden. boe

Ein Beitrag von:

  • Martin Boeckh

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