Schiff im Hafen, Bild: iStock-143920491/robertmandel

Eaton Pumpen sind das hydraulische Herz der MAN Großdieselmotoren und weltweit auf den Meeren im Einsatz. Bild: iStock-143920491/robertmandel

Das Funktionsprinzip dieser Schiffsdieselmotoren mit vollelektronischer Steuerung ermöglicht es, den Kraftstoff vollständig variabel zu dosieren und damit bedarfsgerecht einzuspritzen. Einspritzdruck und -dauer sind stufenlos regelbar, ebenso die Öffnungszeiten der Auslassventile. So können Einspritzmenge und -zeitpunkt sowie die Ventilsteuerzeiten an den jeweils aktuellen Lastzustand und die Fahrgeschwindigkeit angepasst werden. Das hat den Vorteil, dass die Motoren deutlich weniger Kraftstoff verbrauchen und wesentlich schadstoffärmer arbeiten.

Angesichts der Dimensionen dieser Maschinen ist jedes Prozent Einsparung wertvoll. Der 26 Meter lange Motorblock wiegt allein schon 2.300 Tonnen. Der Kolbenhub beträgt über drei Meter, und die Bohrung liegt bei fast einem Meter. Die 12-Zylinder-Ausführung liefert eine Leistung von 72.000 Kilowatt sowie ein Drehmoment von maximal 6.700.000 Newtonmeter und ist damit einer der weltweit größten Dieselmotoren.

Die elektrohydraulisch gesteuerten Dieselmotoren sind dank des angepassten Kraftstoffverbrauchs nicht nur sparsamer, sondern stoßen auch deutlich weniger Schadstoffe wie NOx und Ruß aus. So ermöglicht es diese neue Technologie, den immer strenger werdenden Emissionsgrenzwerten gerecht zu werden.

Hydraulische Energie für große Schiffe

Hydrokraft-Pumpe, Bild: Eaton
Die Hydrokraft PVWS-500 Pumpe. Bild: Eaton

In den größten Diesel-Motoren werden Axialkolbenpumpen in Schrägscheibenbauart vom Typ Eaton PVWS-500 mit einer hydraulischen Leistung von bis zu 2,5 Megawatt eingesetzt. Sie werden über Kette und Getriebe von der Kurbelwelle des Diesels angetrieben und versorgen die Einspritz- und Auslassventile über hochdynamische, vorgesteuerte Proportional-Wegeventile mit hydraulischer Energie.

Die gesamte Hydrokraft-Produktpalette von Eaton umfasst Axialkolbenpumpen der Baugrößen 130, 180, 250, 360 und 500 ccm sowie spezielle elektromotorisch angetriebene Motorpumpen-Einheiten. Hydrokraft-Pumpen kommen überall dort in der Industrie zum Einsatz, wo hohe Ansprüche an Energieeffizienz und Zuverlässigkeit gestellt werden. Die Hydraulikmaschinen von Eaton, vor allem Axialkolbenpumpen und -motoren mit einem Fördervolumen von 66 bis 750 Kubikzentimetern, werden in Wehrheim/Deutschland entwickelt und gefertigt.

Robute Komponenten für den 24-Stunden-Betrieb

Für die Anwendung in den MAN-Schiffsdieselmotoren hat Eaton zunächst die Betriebsdauer der Pumpen auf 32.000 Stunden erhöht. Das ist erforderlich, weil die Schiffsdiesel kontinuierlich im 24-Stunden-Betrieb arbeiten und das Schiff nur alle fünf Jahre eine Werft ansteuert, damit der Antrieb überholt werden kann. Durch kontinuierliche Produktverbesserung, wie zum Beispiel die Einführung der Heavy-Duty-Schwenkwiegenlagerung, konnte diese Kundenforderung umgesetzt werden. Die Eaton-Hydrokraft-Produkte können teilweise deutlich über 40.000 störungsfreien Betriebsstunden im Einsatz sein.

Grafik Eaton-Pumpen, Bild: Eaton
Zwei der fünf Eaton-Pumpen vom Typ PVWS-500 vormontiert an das Getriebe. Bild: Eaton

Auch der Wirkungsgrad der Pumpen wurde verbessert. Markus Meitinger, Projektingenieur Hydrokraft: „In Anbetracht der hohen installierten hydraulischen Leistung und des dauerhaften Betriebs unter Volllast bringen schon kleine Optimierungen eine nennenswerte Energieeinsparung.“

Da die Schiffsschraube direkt mit der Kurbelwelle verbunden ist, muss beim Reversierbetrieb des Schiffes die Drehrichtung des Motors umgekehrt werden. Somit mussten auch die Eaton-Pumpen lernen, „rückwärts“ zu laufen, und das bei Betrieb im offenen Kreis. Deshalb wurde ein Steuerspiegel entwickelt, der eine Drehrichtungsumkehr der Pumpen erlaubt.

Mit Hilfe von Strömungssimulationen an der TU Dresden sowie zahlreicher Labortests konnte diese Forderung mit einer weiteren Wirkungsgradoptimierung umgesetzt werden. Um zu verhindern, dass infolge von Nachsaugeffekten der Ölsäule Kavitation im Auslasstrakt auftreten kann, wurde ein Nachsaugventilblock integriert, der bei der Drehrichtungsumkehr eine Verbindung zwischen Pumpenauslass und -einlass herstellt. Somit erlauben Hydrokraft-Pumpen einen echten Zweiquadrantenbetrieb auch im offenen Kreis. hei