MAN Grundmotor: Die Basis unserer Motoren

Unabhängig davon sind Versuche zur Überprüfung des Motorgesamtsystems jeder Anwendung obligatorisch. Entstanden ist ein Motor mit 90 °-Bankwinkel, einem Hubraum von 2 l pro Zylinder mit 128 mm Bohrung und 157 mm Hub, mit untenliegender Nockenwelle und vier Ventilen pro Zylinder.

Für eine hohe Variabilität in der Zylinderzahl ist der Motor mit Einzelzylinderköpfen ausgestattet. Um die Abgasnormen diverser Anwendungen zu erfüllen und hohe Einspritzdrücke zu erreichen, wurde ein Common-Rail-Einspritzsystem gewählt.

Den hohen auftretenden Gaskräften bei hohen Leistungen geschuldet, erfolgt die Verschraubung der Kurbelwelle an den Hauptlagern nicht mit einzelnen Lagerdeckeln, sondern – unüblich für diese Motorgröße – über ein Kurbelgehäuseunterteil (sog. Bedplate). Durch die hohe Steifigkeit der Bedplate und die optimierte Verschraubung gegen das Kurbelgehäuse ist so eine sichere Lagerung der Kurbelwelle auch bei höchsten Leistungen gewährleistet.

Bei dem Aufbau des Grundmotors wurden die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung berücksichtigt.

Dies gilt auch für On-Road-Fahrzeuge. So ist in klassischen Zugmaschinen das Einbauverhältnis sehr beengt, da sie häufig mit kompakteren Sechszylindermotoren ausgestattet sind.

Neben dem breiten Drehmomentband und einer kräftigen Beschleunigung ist v.a. ein geringes Motorgewicht ein entscheidendes Konstruktionskriterium, da es sich direkt in einer gestiegenen Zuladung wiederfindet.

Bei Bahnmotoren können hohe Temperaturwechselbelastungen auftreten. Diese resultieren aus dem typischen Betrieb eines Regionalzuges: Anfahrt des Zuges am Bahnhof mit starker Beschleunigung, Rollfahrt, Bremsen bei Erreichen des nächsten Bahnhofs in ständiger Wiederholung.

Im Landmaschinenbereich muss der Motor mit einer steigenden Drehmomentcharakteristik ausgelegt werden, so dass die Maschinen mit Überdrehzahl in das Ernte- oder Häckselgut fahren können und bei Verarbeitungsbeginn bei dann absinkender Drehzahl ein ausreichend hohes Drehmoment zur Verfügung steht.

Motoren zur Stromerzeugung werden entweder als Dauerstromerzeuger (COP: Continuous Power), zur Spitzenlastdeckung (PRP: Prime Power) oder als Notstromaggregat (LTP: Limited Time Running Power und ESP: Emergency Standby Power) eingesetzt.

Je nach Betriebsart unterscheiden sich die Leistung und die zulässige jährliche Betriebsdauer wie folgt: 50 Stunden p.a. für Notstromaggregate, unbegrenzt bis zu 24 Stunden täglich für Dauerstromerzeuger.

Stromaggregate bestehen in der Regel aus dem Motor mit vorgebautem Kombinationskühler zur Ladeluft- und Kühlmittelkühlung und einem angeflanschten Generator.

Alle Motoren zur Stromerzeugung werden bei konstanter Drehzahl betrieben: 1.800 min^-1 für 60 Hz, 1.500 min^-1 für 50 Hz Wechselspannung. Bei dem Betrieb mit angeflanschtem Generator treten weitere Belastungen des Triebwerks auf. Die Generatorwelle stüzt sich auf der Kurbelwelle ab, was bei der Kurbelwellenauslegung und der Torsionsschwingungsberechnung berücksichtigt werden muss.

Zusätzlich können auf Grund der Frequenzregelung des gesamten Stromaggregates Schwankungen im Stromnetz als Drehmomentstöße an den Motor weitergegeben werden. Der Einsatzort muss auch berücksichtigt werden. So werden die Motoren teilweise nur gering geschützt in staubiger Umgebung, wie der Wüste, oder in großen geodätischen Höhen bis zu 4.000 m mit geringem Sauerstoffgehalt in der Luft eingesetzt.

Neben dem Betrieb mit Diesel ist der Motor auch für den Betrieb mit Erd- und Biogas ausgelegt. Diesen Motor gibt es mit Leistungen von 270 kW bis 580 kW. Für den Betrieb mit Gas wurden ein eigener Zylinderkopf, ein eigener Kolben und eine eigene Zylinderlaufbuchse entwickelt. Die restlichen Triebwerksteile sind identisch mit denen des Dieselmotors. Zum Vergleich: Dieselaggregate als V12-Motor weisen Leistungen von 700 bis 1.117 kW auf.

Marinemotoren sind durch die spezielle Einbausituation auf Schiffen gekennzeichnet. So werden Marinemotoren mit Seewasser gekühlt. Die Kühlung erfolgt zunächst direkt durch die Ladeluft, dann über einen Plattenwärmetauscher das Motorkühlmittel.

Darüber hinaus sind aufwändige Maßnahmen zur Einhaltung der geltenden gesetzlichen Vorschriften auf Schiffen notwendig. Die „International Convention for the Safety of Life at Sea (SOLAS)“ fordert unter anderem eine maximale Oberflächentemperatur des Motors von 220 °C.

Hierfür wurde ein wassergekühltes Abgassystem installiert, bei welchem die hochtemperaturfesten abgasführenden Bauteile (Abgasrohr, Turbolader) über einen Luftspalt durch wassergekühlte, doppelwandige Aluminiumschalen isoliert sind. Für den Einsatz auf Arbeitsbooten gelten darüber hinaus häufig weitere Vorschriften sogenannter Klassifikationsgesellschaften, wie z.B. dem Germanischen Lloyd. Arbeitsboote können häufig nur nach Abnahme durch eine dieser Gesellschaften betrieben oder auch versichert werden.

Ziel ist dabei immer die Sicherheit der Passagiere und der Besatzung an Bord. So müssen Motoren u.a. mit redundanten Sensoren und doppelwandigen Einspritzleitungen ausgestattet sein. Der weitestgehende Verzicht auf Schläuche und das Vermeiden bestimmter Werkstoffe, wie Aluminium im Kraftstoffbereich, soll die Feuerbeständigkeit erhöhen.

Das Triebwerk wird auch im Bereich der Marinemotoren ganz unterschiedlich belastet. Der Einsatz auf Yachten ist durch sehr hohe Leistungen und der Forderung nach sehr hohen Beschleunigungswerten, bei allerdings geringen jährlichen Laufzeiten, gekennzeichnet. Für die höchsten Leistungsstufen ist der Motor mit einer zweistufigen Turboaufladung mit Zwischenkühler (zwei Turbolader je Bank) ausgestattet.

Im Arbeitsbootbereich hingegen sind robuste Motoren mit langen Laufzeiten bei geringeren Leistungen gefordert. Typische Arbeitsboote sind z.B. Schub- und Schleppkähne, Passagierfähren, Lotsenboote, Fischkutter, Ausflugsschiffe, Patrouillenboote. Alle diese Boote sind mindestens mit Doppelmotorenanlagen (zwei Motoren pro Schiff) ausgestattet.

Häufig erscheinen bei der Auslegung einzelne Anforderungen der Anwendungen gegensätzlich. So steht die Haltbarkeit bei hohen Leistungen (und damit einhergehend hohen Gaskräften) der Forderung nach möglichst geringem Gewicht bei Motoren mit geringer Leistung entgegen. Um trotzdem Gleichteile sinnvoll einsetzen zu können, wurde eine Vielzahl signifikanter Bauteile optimiert. Beispielsweise hat die Bedplatebauweise zu einer robusten und sehr steifen Konstruktion geführt, die auch für Motoren mit geringer Leistung Vorteile aufweist.

In verschiedenen Bereichen wurde aber dennoch bewusst auf Gleichteile verzichtet. Um die verschiedenen anwendungsspezifischen Drehmomentverläufe und Leistungen sinnvoll abbilden zu können, werden Kolben mit unterschiedlichem Schliffbild und unterschiedlicher Verdichtung sowie angepasste Ventile eingesetzt.

So kann neben hauptsächlich softwaretechnischen Variationen in der Einspritzung und der Turboladerauslegung die Effizienz der einzelnen Motoren signifikant gesteigert werden.

Sowohl an der Ölpumpe als auch an der Kühlmittelpumpe werden für verschiedene Fördermengen unterschiedliche Zahnradbreiten eingesetzt.

• Straßeneinsatz: Kompakter Bauraum, da normalerweise baukleinere 6-Zylindermotoren eingesetzt werden, höheres Motorgewicht bedeutet geringere Zuladung

• Bahn: Geringe Bauhöhe, z. B. durch unterflurigen Einbau oder Dacheinbau, hohe Temperaturwechselbelastungen durch Anfahrt des Zuges am Bahnhof mit starker Beschleunigung, Rollfahrt, Bremsen bei Erreichen des nächsten Bahnhofs
• Landmaschinen: Enge Bauräume, Einsatz in sehr staubiger Umgebung, steigende Drehmomentcharakteristik zum Leistungsausgleich beim Einfahren in das Erntegut, hohe Schwingungsbelastungen durch nicht-elastische Motorlagerungen

• Notstromaggregate: Jährliche Betriebsdauer 50 Stunden pro Jahr mit Überlast.
• Dauerstromerzeuger: 24 Stunden täglich. Belastung des Triebwerks durch angeflanschten Generator, Umweltbelastungen durch Umgebung (z. B. Wüste, Gebirge)

• Arbeitsschiffe: Robustheit mit langen Laufzeiten bei geringeren Leistungen, enger Bauraum, Kühlung mit Seewasser, Sicherheitsvorschriften zum Betrieb und zur Versicherung durch Klassifikationsgesellschaften, wie z. B. Germanischer Lloyd (redundanten Sensoren, doppelwandige Einspritzleitungen, feuerbeständige Werkstoffe)
• Yachten: Sehr hohe Leistungen mit hohen Beschleunigungswerten bei geringen jährlichen Laufzeiten