Schiffsdieselmotor

Anforderungen

• Langsamläufer

Abgesehen von einer positiven Auswirkung auf das Schwingverhalten birgt die Langsamläufigkeit den Vorteil einer hohen Verbrennungstemperatur und -dauer, wodurch ein hoher Leistungsgrad bzw. ein niedriger Kraftstoffverbrauch realisiert werden können.

• höchste Betriebssicherheit/Zuverlässigkeit

Absoluter GAU wäre eine mehrere Tonnen schwere Maschine im Wert von mehreren hunderttausend Dollar, die auf offener See Kilometer vom Festland entfernt defekt ginge und nur an Land repariert werden kann.

• lange Lebensdauer

Trägt zu einer niedrigen TCO, hoher Investitionssicherheit und Zuverlässigkeit bei.

• hohe Dauerleistung

Ein Seeschiff muss ohne weiteres eine Pazifiküberquerung mit voller Ladung durchführen können.

• geringer Kraftstoffverbrauch

In Zeiten hoher Rohölpreise steigt sogar der Preis für Schweröl deutlich.

• niedriger Preis

• hohe Automation

Die hohe Komplexität der Maschine setzt ohnehin eine tiefgehende Ausbildung des Maschinenpersonals voraus. Allerdings ist es immer besser, wenn die Maschine ihren Zustand selbst überwacht, korrigiert und meldet, damit die Crew sich auf ihr Hauptgeschäft, die Logistik, konzentrieren kann.

• geringe Abgasbelastung

Durch die von der IMO (international maritime organisation, eine Organisation der UNO) erlassenen neuen Richtlinien müssen in Zukunft strengere Grenzwerte für die Emission bestimmter Schadstoffe eingehalten werden (darunter insbesondere Stickoxide, die bei langsamer hochtemperaturiger Verbrennung zunehmend entstehen.)

Bauweisen

Die Motoren werden durch ihre Anordnung von Zylindern unterschieden. Die gängisten Bauweisen sind hier, wie auch an Land, die Reihen- sowie V-Motoren. In der Regel handelt es sich bei großen Schiffsdieseln um Zweitakter. Schiffsdiesel werden in der Regel als Langsamläufer konzipiert. Die Drehzahl liegt bei solchen Motoren in einem Bereich von 90 bis 400 U/min und ermöglicht es die Motoren direkt mit HFO-Schweröl zu betreiben. Langsamläufer arbeiten üblicherweise direkt auf die Propellerwelle. Als Hauptmaschine in Großcontainerschiffen, Erzfrachtern und ÖltankernVLCC werden Reihenmotoren bis zu 14 Zylindern mit Bohrungen um bis zu 0,98 m und Hüben um bis zu 3,10 m eingesetzt, deren Dauerleistung bisweilen bis zu 85.000 kW beträgt. Sie können so leicht eine Lebensdauer von über 20 Jahren erreichen. Seit geraumer Zeit können auch Viertakter in Tauchkolbenbauweise (also ohne Kreuzkopfführung) mit HFO betrieben werden. Für stationäre Anwendungen und auch für LNG-Tanker sind Gas-betriebene Viertakter interessant.

Reihenmotor

Reihenmotor ist die Bezeichnung für einen Motor, dessen Zylinder in Reihe stehen. Die Zählung der Zylinder beginnt in Deutschland auf der kraftabgebenden Seite des Motor.

V-Motor

Die Zylinder oder auch Zylinderbänke sind bei dem V-Motor um Winkel zwischen 15° und 120°, üblicherweise aber 40..90° zueinander geneigt und etwas versetzt angeordnet. Bei V-Motoren können die Pleuel der zusammengehörenden Zylinderpaare an derselben Kurbelwellenkröpfung oder an um die Kurbelwellenmitte gegeneinander gedrehten unterschiedlichen Kröpfungen angelenkt sein. Die von der Kupplung gesehen linke Zylinderreihe wird auch als A-Bank bezeichnet, die rechte entsprechend als B-Seite.

Kraftübertragung

Es gibt vor allem zwei verschiedene Möglichkeiten der Kraftübertragung vom Motor zum Propeller.

Direkt

• Es wird eine starr mit dem Motor und Propeller verbundene Welle angetrieben. Die Drehrichtung des Propellers, für z.B. eine Rückwärtsfahrt, kann somit nur durch die Umsteuerung des Motors verändert werden. Der Motor muß dann aus der Vorausfahrt gestoppt werden und für die Rückwärtsfahrt neu angelassen werden.
• Eine weitere Möglichkeit einer starren Verbindung ist der sogenannte Pitch-Propeller. Er ist über eine Welle starr mit dem Motor verbunden. Veränderungen der Schiffsgeschwindigkeit sind über einen Verstellpropeller möglich: Die einzelnen Propellerflügel können in einen anderen Winkel zueinander gedreht und so die Schiffsgeschwindigkeit verändert werden. Der Motor an sich dreht immer mit derselben konstanten Drehzahl.

Indirekt

Dabei wird vom Motor, meistens 4-Takt Motoren, lediglich ein Generator angetrieben, der den Strom für den Fahrmotor bereitstellt, der wiederum den Propeller antreibt. Diese Variante ist insbesondere als Mehrmotorenanlage auf Fahrgastschiffen üblich. Die einzelnen Viertakt-Gen-Sets erzeugen dabei Energie auch für den Hotel-Betrieb, der einen erheblichen Anteil am Gesamtenergiebedarf hat. Einzelne Motoren können abgestellt und zugeschaltet werden, Wartung und Reparatur einer Maschine bei laufendem Schiffsbetrieb auf See ist möglich. Beispiel Queen Elizabeth 2 (Cunard Line): in den 80er Jahren von Dampfturbinenantrieb umgebaut auf Dieselbetrieb. 9 Maschinen MAN 9L58/64 (9-Zylinder-Reihe[Line] 58cm Hub/ 64 cm Bohrung) mit ca 1.200 kW pro Zylinder. Neben den weitverbreiteten Verstellpropelleranlagen ist eine besondere Form dieses Antriebes der neu entwickelte POD-Antrieb.

Betrieb

Für den Betrieb und das Anlassen eines Schiffsdiesels sind eine Reihe von speziellen kleineren Systemen notwendig. Fällt eines dieser Systeme aus, muß auch der Betrieb der Hauptmaschine gestoppt werden. Daher sind etliche Systeme doppelt vorhanden: Schmierölpumpen, Kraftstoff-Booster-Pumpen, Kühlwasserpumpen, Schmieröl-Separatoren, Kompressoren.

Schmierölsystem

Um die reibenden Oberflächen innerhalb der Maschine nicht zu starkem Verschleiß zu überlassen müssen diese Teile, wie auch bei anderen Verbrennungsmotoren, gut geschmiert werden.

Das Schmieröl übernimmt im wesentlichen 4 Aufgaben:

• schmieren, durch die Bildung eines Schmierfilms werden bewegende Teile geschützt
• reinigen, Verunreinigungen werden von den Reibungsstellen wegtransportiert und landen in Filtern
• kühlen, durch den ständigen Nachschub an Schmieröl werden Verbrennungs- und Reibungswärme abgeführt
• abdichten, das dickflüssige Öl dient auch der Abdichtung zwischen Zylinderwand und Kolbenring

Nachdem das Öl aus der Ölwanne herausgepumpt und durch einen Filter gereinigt wurde durchläuft es einen Ölkühler. Hiernach zweigen die verschiedenen Schmierölleitungen ab zur Kurbelwelle, Pleuellager und in die Ölwanne. Ein weiterer kleiner Teil wird verwendet für die Schmierung von Nockenwelle, Kipphebeln und Ventilen. Das Öl läuft wieder in die Ölwanne. Gefährlich kann es bei zu starker Schlagseite kommen. Dann kann unter Umständen das Öl nicht mehr aus der Wanne abgepumpt werden und die Maschine wird nicht mehr ausreichend geschmiert.

Anlassluftsystem

Um einen Großdiesel anzulassen, müssen zunächst die Kraftverbrauchenden Arbeitsschritte innerhalb des Motors überwunden werden (Verdichten, Ansaugen, Ausstoßen). Für große Schiffsmaschinen kann diese Arbeit kein Elektro- / Luftmotor zum Anlassen mehr schaffen. Hier ist eine starkes Druckluftsystem (mindestens 30bar) notwendig. Jeder Zylinder wird entsprechend der Zündreihenfolge mit Anlassluft beaufschlagt. Die entsprechenden Kolben werden nacheinander heruntergedrückt. Die Motorumdrehung wird auf Zünddrehzahl angehoben und es kommt zur ersten Selbstzündung.

Kraftstoffaufbereitung

Auf Seeschiffen wird i.d.R. minderwertiges HFO-Schweröl zum Antreiben der Maschinen genutzt. Der Treibstoff muss auf mindestens 60°C aufgeheizt werden damit er fließfähig bleibt. In so genannten Setztanks setzt sich bereits ein Teil Wasser vom Treibstoff ab. Es wird danach durch Separatoren weiter aufbereitet. Der separierte Kraftstoff wird in sog. Tagestanks für jede Maschine bereitgestellt. In gesonderten Modulen wird der HFO-Kraftstoff auf Einspritzviskosität (ca. 12 cSt bei ca. 130° C) Viskositäts-geregelt vorgewärmt, der Druck wird auf rund 7 - 10 bar angehoben. Da insbesondere im Teillastbereich ein Teil des Brennstoffes im System zirkuliert und dabei durch das beständige Pumpen zusätzlich erwärmt wird, ist für Diesel/Gasöl/MDO-Betrieb auch ein Kraftstoffkühler vorgesehen, da bei zu hoher Brennstoff-Temperatur die Schmierung der Pumpenstempel der Einspritzpumpen nicht mehr garantiert ist.

Kühlkreislauf

Die Wärme, die bei der Verbrennung in der Maschine entsteht, muss nach außen abgeführt werden. Das Kühlwasser sollte eine Temperatur von 80 - 90° C haben, damit Spannungsrisse, die durch zu große Temperaturunterschiede entstehen können, vermieden werden. Schiffsmaschinen haben zwei Kühlwasserkreisläufe. Zum ersten einen Kreislauf der Frischwasser führt, welches im unteren Bereich der Maschine eintritt, bis zu den Zylinderköpfen gepumpt wird und dort aus der Maschine austritt. Dieses Frischwasser wird über einen Seewasserkühlkreislauf gekühlt. So wird verhindert das Seewasser, welches die Korrosion im Motor stärker ermöglicht, direkt mit der Maschine in Verbindung tritt.

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