Fragen Sie einen Chefingenieur, was ein Schiff am Leben hält, wenn es sich nicht bewegt, und die Antwort kommt schnell zurück: der Hilfsmotor. Ein Schiff, das die Hilfsenergie verliert, kann zum Verlust der Steuerung, der Ladungskühlung, der Decksmaschinen und der Grundbeleuchtung führen. Die Hauptmaschine mag zwar in einwandfreiem Zustand sein, aber das Schiff bleibt ohne Stromversorgung praktisch lahmgelegt.
In diesem Leitfaden wird erklärt, was ein Hilfsmotor ist, wie er sich vom Antriebsmotor unterscheidet, welche Systeme davon abhängen und worauf beim Kauf von Ersatzteilen wie Zylinderköpfen für Hilfsdieselaggregate zu achten ist.
Was ist ein Hilfsmotor?
Ein Hilfsmotor ist ein Nichtantriebsmotor, der einen Generator oder andere Bordmaschinen antreibt. Auf den meisten Handelsschiffen ist ein Hilfsmotor ein Viertakt-Dieselmotor, der mit einer Lichtmaschine gekoppelt ist. Die Kombination, oft auch Dieselgeneratorsatz genannt, erzeugt den Strom für das Verteilungsnetz des Schiffes. Der Motor läuft normalerweise mit 1500 U/min bei einer 50-Hz-Stromversorgung oder 1800 U/min bei einer 60-Hz-Stromversorgung.
Einige Hilfsmotoren treiben auch Hydraulikpumpen, Feuerlöschpumpen, Ladepumpen oder Notfallsysteme an. In älteren Anlagen könnten sie Deckmaschinen direkt antreiben. In modernen Konstruktionen bleibt die Hauptaufgabe dieselbe: die Umwandlung von Kraftstoff in elektrische Energie, wenn der Hauptmotor die elektrische Last nicht bewältigen kann.
Hilfsmotoren sind nicht auf Frachtschiffe beschränkt. Fischereifahrzeuge nutzen sie für Beleuchtung, Fischsuche und Kühlräume. Offshore-Schiffe nutzen sie zur dynamischen Positionierung. Hafenschlepper nutzen sie für Pumpen und Winden. Selbst Binnenschiffe mit Dieselantrieb nutzen einen kleinen Hilfsmotor zum Laden der Batterien und zum Betreiben der Navigationslichter.
Hilfsmotor vs. Hauptmotor: Hauptunterschiede
Viele Schiffsbetreiber verwenden die Begriffe Hauptmaschine und Hilfsmaschine, ohne ihre Konstruktionslogik zu vergleichen. Der Vergleich ist wichtig, da die beiden Motoren unterschiedlich verschleißen, mit unterschiedlichen Drehzahlen laufen und unterschiedliche Ersatzteilstrategien benötigen.
| Aspekt | Hauptmotor | Hilfsmotor |
|---|---|---|
| Hauptaufgabe | Treibt den Propeller an | Treibt einen Generator oder Servicemaschinen an |
| Typische Geschwindigkeit | 70 bis 120 U/min für Zweitaktmotoren mit niedriger Drehzahl | 750 bis 1800 U/min bei Viertaktaggregaten |
| Typische Ausgabe | Tausende Kilowatt | Zehn bis einige hundert Kilowatt pro Einheit |
| Betriebsprofil | Kontinuierlich während der Seefahrt | Abhängig vom Strombedarf, oft gedreht |
| Kraftstoffart | Oftmals schweres Heizöl | Marinegasöl oder schweres Heizöl |
| Motordesign | Kreuzkopf, niedrige Geschwindigkeit | Rumpfkolben, mittlere bis hohe Geschwindigkeit |
Hilfsmotoren unterliegen häufigen Lastwechseln. Wenn das Schiff im Hafen liegt, können die Hotellasten nachts niedrig und während des Frachtbetriebs hoch sein. Die Motordrehzahl bleibt konstant, aber das Kraftstoffregal passt sich an, um die elektrische Frequenz beizubehalten. Im Laufe der Jahre führt dieses Muster zu thermischen Wechseln, die sich auf den Zylinderkopf, die Ventile und den Turbolader auswirken.
Der Leistungsunterschied spiegelt sich auch im Ersatzteilmarkt wider. Ein Ersatzzylinderkopf für einen Hilfsmotor ist kleiner und leichter als der Kopf eines langsam laufenden Hauptmotors, läuft aber mit viel höherer Drehzahl und durchläuft daher die Verbrennungszyklen viel schneller. Der Verschleiß an Ventilsitzen und Einspritzdüsenbohrungen entwickelt sich schneller, als viele Betreiber erwarten.
Was treibt der Hilfsmotor an Bord an?
Der Hilfsmotor versorgt nahezu jeden elektrischen Verbraucher auf dem Schiff. Eine unvollständige Liste enthält:
- Navigations- und Kommunikationssysteme, einschließlich Radar, ECDIS und Funkgeräte
- Güterumschlagsgeräte, einschließlich Kräne, Ladepumpen und Kühlcontainer
- Ballastwasser- und Bilgensysteme
- Decksmaschinen wie Ankerwinden und Festmacherwinden
- Klimaanlage, Belüftung, Beleuchtung und Haushaltslasten
- Feuerlöschpumpen und Notbeleuchtung über die Notschalttafel
Da die Liste nahezu jede Schiffsfunktion abdeckt, kann ein Ausfall eines Hilfsmotors zu einem kommerziellen und sicherheitsrelevanten Problem werden. Aus diesem Grund verfügen die meisten Schiffe über mehrere Hilfsmotoren und rotieren diese, um die Betriebsstunden auszugleichen.
Die Größenbestimmung ist verständnisvoll. Die elektrische Belastung wird für den ungünstigsten realistischen Zustand berechnet, beispielsweise für den Frachtbetrieb in der Nacht mit Kühlboxen und teilweiser Laderaumbelüftung. Der auf See überdimensionierte Hilfsmotor ist voll beladen, sobald die Besatzung Kräne und Ballastpumpen in Betrieb nimmt. Beim Kauf eines Zylinderkopfes oder eines anderen Teils für einen Hilfsmotor muss daher auf das konkrete Motormodell und die Angabe des Herstellers geachtet werden, nicht nur auf die auf dem Typenschild angegebene Leistung.
Arten von Schiffshilfsmotoren
Die meisten heute verbauten Hilfsmotoren sind mittelschnelllaufende Viertakt-Dieselmotoren. Sie werden aufgrund ihrer Zuverlässigkeit, Kraftstoffeffizienz und der Fähigkeit, schnell auf Lastsprünge zu reagieren, ausgewählt. Ein typisches Schiff verfügt über zwei bis vier Aggregate identischer Bauart, sodass Ingenieure sie nach einem geplanten Zeitplan wechseln und überholen können.
Diese Motoren haben eine gemeinsame Architektur. Sie bestehen aus einer Grundplatte, einem Zylinderblock, einzelnen Zylinderköpfen, Kolben mit Pleueln und einer Nockenwelle, die den Ventiltrieb betätigt. In größeren Schiffen laufen Geräte mit mittlerer Drehzahl zwischen etwa 500 und 1.000 U/min, während kleinere Notstromaggregate mit 1.500 oder 1.800 U/min laufen.
Hilfsaggregate sind mit einem Generator am freien Ende und einem Schwungrad am Kupplungsende angeordnet. Der Regler hält die Motordrehzahl in einem engen Bereich, sodass die elektrische Frequenz stabil bleibt. Die Lastaufnahme wird von der Klassifikationsgesellschaft bei der Inbetriebnahme anhand vorgegebener Laststufen geprüft.
Da Hilfsmotoren den gleichen Dieselmotorprinzipien folgen wie Antriebsmotoren, dominieren auch die Hilfsmotoren dieselben Hersteller, die die Hauptmotoren bauen. Ersatzzylinderköpfe müssen einem bestimmten Motormodell, der Bohrungsgröße und der Ventilanordnung entsprechen. Ein Kopf, der zu einem Modell passt, passt nicht zu einem anderen, selbst wenn die Verschiebung ähnlich ist.
Wartung des Hilfsmotors und häufige Fehlerquellen
Hilfsmotoren sammeln schnell Betriebsstunden an, insbesondere während Hafenaufenthalten, wenn Kühlcontainer und Frachtkräne kontinuierliche Leistung benötigen. Während der Seefahrt aufgeschobene Wartungsarbeiten erweisen sich im Hafen häufig als Ausfall.
Der Zylinderkopf ist einer der am stärksten beanspruchten Teile eines Hilfsmotors. Es muss den Verbrennungsdruck abdichten, die Kraftstoffeinspritzdüse stützen, die Einlass- und Auslassventile führen und die Wärme über Kühlwasserkanäle abführen. Zu den häufigsten Fehlern zählen Risse in der Brandschutzdecke, ein Rückgang des Ventilsitzes und Ermüdung der Dichtfläche. Wenn ein Zylinderkopf ausfällt, ist die praktische Reaktion normalerweise der Austausch durch eine neue Einheit und nicht die Reparatur.
Die Design- und Inspektionsgrundlagen erfahren Sie in unserem Erläuterungsartikel was ein Zylinderkopf ist .
Bei der Überholung eines Hilfsmotors sollten Ingenieure auch Ventilkäfige, Ventilführungen, Zylinderlaufbuchsen und Kolbenringe prüfen. Diese Komponenten arbeiten zusammen. Ein neuer Zylinderkopf, der an einer verschlissenen Laufbuchse montiert wird, führt immer noch zu einem hohen Ölverbrauch und einer schlechten Kompression.
Die betriebsstundenbasierte Wartung ist der Standardansatz. Die meisten Hersteller geben für mittelschnelllaufende Hilfsmotoren eine Zylinderkopfüberholung nach 12.000 bis 24.000 Stunden an, das tatsächliche Intervall hängt jedoch vom Lastfaktor und der Kraftstoffqualität ab. In der Praxis kommt es in vielen Maschinenräumen aufgrund hoher Abgastemperaturen oder erhöhter Kühlmittelverluste früher zum Stillstand.
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Ein Ersatzzylinderkopf ist ein Präzisionsbauteil und kein gewöhnliches Gussteil. Die Bearbeitungstoleranzen am Feuerdeck und an den Ventilsitzen bestimmen, wie gut der Kopf abdichtet und kühlt.
Berücksichtigen Sie diese Punkte vor der Bestellung:
- Motormodell, Seriennummer und Bohrungsgröße
- Zylinderkopfmaterial, beispielsweise Grauguss oder Sphäroguss
- Ventilsitzeinsatzmaterial und Ventilführungsabmessungen
- Anzahl der Ventile und deren Anordnung
- Anordnung und Auslassposition des Kühlwasserkanals
- Position der Einspritzöffnung und Art der Vorbrennkammer
- Technische Zeichnung oder Daten, die den ursprünglichen Entwurf bestätigen
- Lieferpaket inklusive Dichtungen, Stehbolzen und Dichtungen
Käufer sollten einen Nachweis der Materialgüte und Bearbeitungsqualität verlangen, nicht nur ein Produktfoto. Es hilft auch zu wissen, ob der Lieferant den Artikel auf Lager hält oder ihn nach Eingang der Bestellung bearbeitet.
Ein Beschaffungsrisiko entsteht, wenn das Teil von einer Quelle stammt, die kein Materialzertifikat oder Maßbericht vorweisen kann. Ein Zylinderkopf mit unzureichender Ventilsitzhärte besteht möglicherweise eine statische Prüfung, versagt jedoch nach einigen hundert Betriebsstunden. Bei unserem Angebot an Zylinderköpfen für Schiffsdieselmotoren sehen wir immer wieder die gleichen Fehler: Risse am Einspritzdüsenansatz, verzogene Dichtungsflächen und Ventilsitze, die bei Hitze einsinken.
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Achten Sie auf die Komponenten, die am meisten beansprucht werden: Zylinderköpfe, Ventile, Einspritzdüsen und Laufbuchsen. Verwenden Sie nur Teile, die dem Originaldesign entsprechen und von einem Hersteller stammen, der sich mit den Einsatzbedingungen auf See auskennt. Der geringe Aufwand bei der Auswahl des richtigen Zylinderkopfs erspart Ihnen später tagelange Ausfallzeiten.
Wenn Sie nach einem Zylinderkopf für Ihren Hilfsmotor suchen, bestätigen Sie zunächst den Motorhersteller, das Modell und die Bohrungsgröße. Vergleichen Sie dann das Teil mit der Originalspezifikation, bevor Sie es bestellen. Diese Disziplin ist es, die eine reibungslose Reparatur von einer wiederholten unterscheidet.
