Zur Übersicht
27. November 2011

Schwerer Start für die Kaplan-Turbine

Heute vor genau 135 Jahren, 1876, erblickte Viktor Kaplan in Mürzzuschlag (Steiermark) das Licht der Welt. Ohne seine Erfindung wären unsere Wasserkraftwerke heute nur halb so effizient.

An der Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert waren zwei Turbinentypen weit verbreitet: die Pelton- und Francis- Turbine. Ihre Nachteile: Für Laufkraftwerke eignen sie sich nur mäßig. Aufgrund der geringen Drehzahl musste oft zwischen Turbine und Generator ein Getriebe angeordnet werden. Und mit sinkender Wassermenge sank auch die Erzeugung.

Ein ganzes Leben im Zeichen der Turbine
Viktor Kaplan war ein Erfinder und daher Zeit seines Lebens auf der rastlosen Suche nach Verbesserungen. Sein Interesse galt überwiegend der Wasserturbine und ihrer energetischen Nutzung. Kaplan versuchte zunächst die Francis-Turbine schneller zu machen; dabei erzielte er beträchtliche Drehzahlsteigerungen, die aber für den direkten Antrieb der Drehstromgeneratoren noch immer nicht ausreichten. Nach einer Überarbeitung der Turbinentheorie erschien 1908 sein erstes Werk „Bau rationeller Francisturbinenlaufräder“, mit dem er 1909 an der Technischen Hochschule in Wien zum Doktor der technischen Wissenschaften promovierte.

VERBUND Kaplan-Turbine

Die Kaplan-Turbine ist geboren
Kaplans bahnbrechende Erfindung ist eine Wasserturbine mit einstellbaren Laufschaufeln, die für Flüsse mit großen Wassermengen und geringen bis mittleren Gefällen geeignet ist. Also ideal für jene Bedingungen, wie sie zum Beispiel im österreichischen Abschnitt der Donau vorherrschen.

1912 und 1913 meldete Kaplan vier seiner Haupterfindungen nacheinander zum Patent an:
-    das Leitrad für Turbinen mit primär axial angeströmtem Laufrad; 28. Dezember 1912: ÖP Nr. 74388
-    einstellbare Ausführung der Laufschaufeln; 7. August 1913: ÖP Nr. 74244
-    die Gestaltung des schaufellosen Raums zwischen dem Leit- und Laufrad
-    die kammerlose Ausführung der Laufschaufeln

Aufgrund dieser bahnbrechenden Erfindungen wurde er 1912 auch zum ao. Professor und 1918 zum ordentlichen Professor für Wasserkraftmaschinen an der technischen Hochschule in Brünn ernannt.

Patentstreit und Weltkrieg verzögern Einsatz
Praktisch umsetzen konnte Kaplan seine wichtigste Erfindung aber vorerst nicht. Ein erbarmungsloser Wettbewerb sowie Widerstand deutscher und schweizerischer Firmen behinderte seine Bemühungen. Zudem musste er gegen die bereits etablierte Turbine des amerikanischen Ingenieurs James Francis ankämpfen, die noch heute den meist verbreiteten Turbinentyp darstellt.  Der Beginn des 1. Weltkrieges und zahllose Patentstreite verzögerten die praktische Realisierung seiner Erfindung zusätzlich.

VERBUND Kaplan-Turbine

1918 schließlich entstand die erste Kaplan-Turbine der Welt (Durchmesser: 60 cm, Leistung: 26 kW,) in Brünn, im Jahr darauf ging sie in einer Börtel- und Strickgarnfabrik in Niederösterreich in Betrieb. Sie wurde bis 1955 genutzt und kann seither im Technischen Museum Wien bewundert werden.

Weltweit durchgesetzt hat sich die Kaplan-Turbine erst später: Seit der Realisierung einer Version von 5,7 m Laufdurchmesser für ein schwedisches Großkraftwerk begann ihr Siegeszug bei Wasserkraftwerken mit niedrigem Gefälle. Zurzeit sind weltweit Tausende von Kaplan-Turbinen im Einsatz.

Erinnerungen an Kaplans Leben und Werk
Kaplans wissenschaftliches Erbe sind zahlreiche technische Abhandlungen und 38 Erfindungen, die zu 267 Patentanmeldungen in 25 Ländern führten. In 70 Gemeinden Österreichs, wie auch in Brünn, sind Straßen, Wege oder Plätze nach Kaplan benannt. Auch ein Kaplan-Themenweg in Unterach am Attersee erinnert an das Leben und Lebenswerk von Viktor Kaplan. Das größte Kaplan-Denkmal stellen aber zweifellos die 9 Laufkraftwerke an der Donau dar, die mit seiner Erfindung Strom für ganz Österreich erzeugen.

280 Kaplan-Turbinen in VERBUND-Kraftwerken
Von den insgesamt 280 sind 193 Stück sogenannte „klassische“ Kaplan-Turbinen: Bei dieser Variante steht die Turbine senkrecht und das Wasser stürzt auf diese hinunter. 

Moderner und ausgefeilter hingegen ist die waagrechte Kaplan-Rohrturbine, die wie ein Torpedo im Wasser liegt. Diese entstand aus einer Weiterentwicklung der Idee, mittels Schiffsschraube aus der Bewegung des Wassers Strom zu erzeugen. 

Unsere Techniker beschreiben den Vorteil der derzeit 87 Rohrturbinen bei VERBUND so: „Durch die horizontale Achse der Rohrturbine reduzieren sich die Umlenkverluste, auch auf die Baumassen wirkt sich die Konstruktion positiv aus.“ 


 

Beeindruckende Dimensionen
Kaplan-Turbinen und speziell die Schaufeln des Laufrades können beeindruckende Größen erreichen. Im Donaukraftwerk Freudenau z. B. haben die Laufräder einen Durchmesser von rund 8 Metern.

6 Stück dieser gigantischen Rohr-Turbinen sind in Freudenau im Einsatz, eine einzige schluckt in der Sekunde 500 Kubikmeter Wasser - ungefähr das Volumen eines kleinen Einfamilienhauses. Eine Rohrturbine versorgt rund 50.000 Haushalte ganzjährig mit Strom.

Das blaue Bild vom Opa
Auf der Vorderseite der alten 1000-Schilling-Banknoten (Erstausgabe 5. Februar 1962) war Viktor Kaplan mit dem Laufrad einer Kaplan-Turbine abgebildet. Auf der Rückseite befand sich eine Darstellung des Donaukraftwerkes Ybbs- Persenbeug. Dieser Geldschein wurde im Volksmund wegen seiner Farbe „Der Blaue“ genannt. Doch nicht nur VERBUND beschert Kaplans Erfindung finanziellen Segen.

Viktor Kaplan auf dem 1000-Schilling-Schein

Der Volksmund erzählt, dass die Witwe Kaplans eines Tages von einem studierenden Enkelkind aus Wien einen Brief erhielt, in dem wieder einmal von Geldnöten die Rede war. Mit dem Erfindungsreichtum von Kaplan gesegnet schrieb das Enkelkind: „Liebe Oma, schick mir doch bitte ein blaues Bild vom Opa“.