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Alle wichtigen Fakten: So funktioniert ein Turbolader
Deshalb ist der Turbo quasi unverzichtbar
Turbolader sind das entscheidende Bauteil, um leistungsstarke, aber trotzdem umweltschonende Motoren zu ermöglichen.
- Früher rar, heute Standard: der Turbolader
- Wer hat den Turbo erfunden?
- Wie funktioniert der Turbolader?
- Was ist ein Turboloch?
- Wie unterscheidet sich der Turbolader vom Kompressor?
- Wie hoch ist die Lebensdauer eines Turbos?
- Welche Pflege benötigt ein Turbolader?
- Welche Defekte können auftreten?
- Was gibt es bei der Reparatur zu beachten?
- Wie funktioniert das Tuning mit Turboladern?
Die meisten modernen Autos haben einen Turbolader. Wir werfen einen genauen Blick auf den Verdichter, erklären seine Funktion, den Unterschied zum Kompressor und was noch alles zu beachten ist!
Früher rar, heute Standard: der Turbolader
Wer heutzutage ein neues Auto kaufen möchte, kommt kaum noch um eine Motorisierung mit Turbolader herum. Denn seine Funktion macht es möglich, Leistung und Drehmoment eines Motors zu steigern, während seine mechanischen Komponenten gleich bleiben. Nur mit Turboaufladung kann ein eigentlich schwacher 1,0-l-Dreizylinder beispielsweise mit 110 PS (81 kW) glänzen, aber gleichzeitig geringen Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen aufweisen. Daher kommt der Turbolader auch immer häufiger bei kleinvolumigen Benzinmotoren zum Einsatz.
Von den verschiedenen Turbolader-Typen kommen am häufigsten die sogenannten VTG-Lader mit variablen Turbinenschaufeln zum Einsatz – vor allem bei Dieselmotoren. Auch Biturbos ("Doppel-Turbo") erfreuen sich wachsender Beliebtheit. Eine weitere Entwicklung ist der elektrische Verdichter: Hier wird ein E-Lader zusätzlich zur konventionellen Turbotechnik eingesetzt, wodurch auch bei niedrigen Motor-Drehzahlen stabiler Ladedruck zur Verfügung steht und so schon früh ein hohes Drehmoment erreicht wird. Diese Art des Turboladers kommt zum Beispiel im Mercedes-AMG C 63 zum Einsatz.
Dieser Artikel erklärt in den folgenden Absätzen, wer den Turbolader erfunden hat, dessen Funktionsweise und wie er gepflegt sowie repariert werden kann.
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Wer hat den Turbo erfunden?
Das Konzept der Aufladung ist weit über 100 Jahre alt, denn schon 1905 meldete der Schweizer Erfinder Alfred Büchi das Patent für die Abgasaufladung an. Doch weil ihm die nötigen Materialien fehlten, war es Auguste Rateau, der 1913 erstmals ein Flugzeug mit dem Turbolader ausstattete. Zwei Jahre später baute dann Büchi selbst für ein Schiff den Prototypen eines Dieselmotors mit Turbolader. Nachdem der Verdichter seinen Weg in den Motorsport und die ersten Serien-Pkw gefunden hat, ist er mittlerweile nicht mehr wegzudenken. Gerade Dieselmotoren kämen ohne zusätzlichen Verdichter nicht an die Leistung eines Benzinmotors heran. Wo die Abgasaufladung aber früher vor allem dem Fahrspaß durch mehr Leistung diente, ist der Turbolader heute unverzichtbar, um Benzin- und Dieselmotoren umweltschonender zu gestalten. Daher sollte man auch über seine Funktion Bescheid wissen und das Auto bei Defekten in die Reparatur geben.
Wie funktioniert der Turbolader?
Die Funktion des Turboladers beruht auf dem einfachen Prinzip, dass sich die Leistung eines Verbrennungsmotors steigert, wenn eine größere Luftmenge (Sauerstoff) für die Verbrennung bereitsteht. Der Turbo macht nichts anderes, als dem Motor eine größere Menge an Luft zur Verfügung zu stellen, als er selbst ansaugen kann. Dafür wird in einem Verdichter Luft komprimiert und direkt weiter in den Ansaugtrakt der Zylinder geleitet. Zum Antrieb des Verdichters nutzt der Abgasturbolader die heißen Abgase aus dem Motor: Der Abgasstrom wird durch ein Turbinenrad am Turbolader geleitet. Dieses liegt auf einer Welle mit einem Verdichterrad und versetzt dieses wiederum in Bewegung. Durch die Rotation gelangt Frischluft in den Verdichter, die dann komprimiert dem Motor zugeführt wird.
Was ist ein Turboloch?
Da die Abgase in niedrigen Drehzahlbereichen nicht ausreichen, um das Turbinenrad des Turboladers anzutreiben und so im Verdichter ausreichend Ladedruck aufzubauen, tritt die volle Wirkung des Turboladers erst in mittleren Drehzahlbereichen ein. Da die Menge des eingespritzten Kraftstoffs dem Ladedruck angepasst wird, fühlt es sich für die fahrende Person an, als würde der Wagen nur schleppend beschleunigen (Turboloch).
Beim heutzutage gängigen Turbolader, dem VTG-Lader, wird dieses Turboloch durch verstellbare Leitschaufeln an der Turbine fast vollständig eliminiert. Die Turbinenschaufeln passen sich dem jeweiligen Drehzahlbereich an, wodurch ein hohes Drehmoment der Turbinen auch bei kleinen Drehzahlen ermöglicht wird. Anders arbeitet der Biturbo, der dem Turboloch mit zwei Turboladern entgegenwirkt: ein kleiner Hockdrucklader für niedrige Drehzahlbereiche und ein Niederdrucklader für die hohen Drehzahlbereiche. Beim elektrischen Biturbo wird der kleine Lader zusätzlich durch einen Elektromotor unterstützt.
Wie unterscheidet sich der Turbolader vom Kompressor?
Die Funktion des Kompressors ist ähnlich wie die des Turboladers: Beide verdichten die angesaugte Luft. Allerdings ist der Kompressor direkt über Ketten-, Riemen- oder Zahnradgetriebe mit dem Motor verbunden und wird dadurch von ihm angetrieben. Durch den mechanischen Antrieb birgt der Kompressor den Vorteil, dass er auch bei niedrigen Drehzahlen sofort anspricht. Durch die VTG-Technologie beziehungsweise den Einsatz von zwei Turbos, ist dieses Problem beim Abgaslader jedoch weitestgehend eliminiert. Darüber hinaus ist der Turbo aufgrund der Abgasnutzung in seiner Funktion effizienter als der Kompressor, weshalb dieser inzwischen eine Seltenheit geworden ist.
Wie hoch ist die Lebensdauer eines Turbos?
Wo Turbolader früher noch anfällig für Defekte und äußerst pflegebedürftig waren, sind die modernen Turbolader robuster und haben eine Lebensdauer, die der eines Motors entspricht. Dabei sollte jedoch dafür Sorge getragen werden, dass die Servicevorschriften der Hersteller befolgt werden. Das bedeutet regelmäßige und fachgerechte Öl- und Filterwechsel vornehmen zu lassen. Wer lange von seinem Turbomotor profitieren möchte, sollte außerdem davon absehen, Einstellungen zu verändern. In der Regel sind die Verdichter schon ab Werk optimal für die jeweiligen Motoren konfiguriert. Wenn zum Beispiel der Ladedruck erhöht wird, kann das im Motor ernsthafte Defekte verursachen.
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Welche Pflege benötigt ein Turbolader?
Die Schmierung durch Öl ist beim Turbolader das A und O. Nach dem Anlassen des Motors dauert es etwa 30 s, bis sich das Öl gleichmäßig verteilt hat und der Verdichter optimal geschmiert ist, daher sollte man in dieser Zeit hohe Drehzahlbereiche vermeiden. Ähnlich verhält es sich beim Abstellen des Motors: Wenn man mit hoher Drehzahl unterwegs war, sollte man den Motor noch etwa 20 s bei niedriger Drehzahl laufen lassen, da der Turbo noch weiterarbeitet. Nur bei laufendem Motor ist eine ausreichende Schmierung gewährleistet. Außerdem ist zu beachten, dass zur Vermeidung von Defekten nur das vom Hersteller vorgegebene Öl verwendet werden sollte.
Welche Defekte können auftreten?
Die meisten Defekte am Turbolader sind auf eine unzureichende Schmierung zurückzuführen. Hier besteht die Gefahr, dass das Verdichter- oder Turbinenrad am Gehäuse schleift und so auch der Motor beeinträchtigt wird. Weitere Gefahren gehen von verschmutztem Öl oder Fremdkörpern durch einen defekten Luftfilter aus. Dadurch können nicht nur Turbinen- und Verdichterrad beschädigt werden, sondern schließlich auch die Lagerung. Allgemein gilt, bei ungewohnten Geräuschen, Öllecks oder Vibrationen des Turboladers den Motor am besten sofort abzustellen, da ansonsten ein Motorschaden drohen kann.
Was gibt es bei der Reparatur zu beachten?
Reparaturen im Bereich des Turboladers sollten nur von geschultem Fachpersonal vorgenommen werden, da in der Regel spezielle Werkzeuge und Maschinen nötig sind. Je nach Defekt ist kein teures Ersetzen des gesamten Turboladers nötig, sondern es genügt eine Reparatur. Wenn jedoch Teile ausgetauscht werden müssen, ist es wichtig, dass nur den Anforderungen der Hersteller entsprechendes Material verwendet wird. Im schlimmsten Fall drohen nicht nur Motorschäden, sondern auch Erlöschen von Garantie, Betriebserlaubnis und Versicherungsschutz.
Wie funktioniert das Tuning mit Turboladern?
Ein Turbolader kann vergleichsweise schnell getunt werden, in dem der Ladedruck erhöht und dadurch mehr Leistung gerniert wird. Für die meisten Motoren ist das ohne weitere Maßnahmen allerdings wenig ratsam. Auch der Einsatz eines leistungsfähigeren Turboladers (um den originalen Lader zu ersetzen) hat nur begrenzt Vorteile. Das Ansprechverhalten kann zwar begünstigt werden, jedoch sollte eine Abstimmung und die Einstellung auf den Motor immer durch Fachpersonal erfolgen. Die Lebensdauer aller im Ursprung vorhandenen Motorteile wird durch den erhöhten Ladedruck stark verkürzt. An dieser Stelle gilt es einen Kompromiss zu finden zwischen Leistung und Lebensdauer.
Beim Tuning durch den Einbau eines zuvor nicht vorhandenen Turboladers sollte ebenfalls einiges beachtet werden. In den allermeisten Fällen ist der Gang zu einer spezialisierten Fachwerkstatt erforderlich. Vor dem Einbau des Turbos ist nämlich zu prüfen, ob alle Komponenten im Motor der Mehrleistung ohne Defekte überhaupt standhalten. Die einzuspritzende Kraftstoffmenge muss der zusätzlichen Luftmenge angepasst werden, die der Turbolader in die Brennkammern (Zylinder) drückt. Im besten Fall muss auch der Abgasweg optimiert werden, da moderne Saugmotoren auf den Staudruck in der Abgasführung abgestimmt sind.
