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Hart am Limit

30.11.2012 | Text: Lucie Maluck | Bilder: Dennis Gering, Robert Hack

Extreme Bedingungen

Joggen bei minus zehn Grad: kalt, aber möglich. Bei minus 15 Grad: Da schmerzt das Atmen schon. Bei minus 20 Grad: Der Körper schafft es nicht mehr, die kalte Luft zu erwärmen, bis sie die Lunge erreicht das Joggen wird zum Gesundheitsrisiko. Bei plus 60 Grad ist es auch nicht ratsam, sich in der Natur zu verausgaben. Und steile Berge scheuen die meisten Jogger. Aber MTU-Motoren müssen immer laufen: sei es bei minus 60 Grad in der sogenannten Kältekammer Russlands oder wenn die Wellen auf dem Meer so hoch sind, dass andere Schiffe kentern. Selbst wenn die Erde bebt, dürfen sie nicht ausfallen. Um zu testen, ob die Motoren diesen extremen Bedingungen standhalten, simulieren MTU-Entwickler diese Bedingungen auf Prüfständen.

Ein bizarres Bild: Wie aus dem Nichts bilden sich auf dem Motor auf dem MTU-Prüfstand 132 Eiskristalle. Erst nur wenige, dann immer mehr. Wie im Wintermarchen legt sich das Eis wie eine zweite Haut um den Motor. Nach wenigen Stunden ist aus dem silbernen Motor ein kristallweises Kunstwerk geworden. Dann startet der Motor und nach wenigen Minuten schmilzt das Eis zu Wasser.

Winter auf dem MTU-Prüstand 132: Entwickler kühlen den Motor auf minus 25 Grad Celsius herunter, um sein Startverhalten bei diesen Temperaturen zu testen und zu verbessern. Das Wasser, mit dem die Oberfläche des Motors beschlägt, friert in nur wenigen Minuten zu einem Eispanzer. Nach dem Motorstart löst sich die weiße Pracht wieder auf.?
Winter auf dem MTU-Prüstand 132: Entwickler kühlen den Motor auf minus 25 Grad Celsius herunter, um sein Startverhalten bei diesen Temperaturen zu testen und zu verbessern. Das Wasser, mit dem die Oberfläche des Motors beschlägt, friert in nur wenigen Minuten zu einem Eispanzer. Nach dem Motorstart löst sich die weiße Pracht wieder auf.

Winter im Motor

Auf Prüfstand 132 wird das Startverhalten von MTU-Motoren bei extrem kalten Temperaturen getestet. Klimakompressoren kühlen den Kühlkreislauf des Motors auf äußerst frostige Temperaturen herunter. So können die Entwickler testen, wie der Motor bei unterschiedlichen Temperaturen startet. Um den Startvorgang zu verbessern, optimieren MTU Entwickler Einspritzdruck, Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt. Diese Daten werden im Motorregler hinterlegt und in Abhängigkeit der Außentemperatur und Kühlmitteltemperatur beim Motorstart angepasst. Gebraucht wird das zum Beispiel in Muldenkippern, die in der sibirischen Diamantenmine Aichal pausenlos im Einsatz sind. Nicht ohne Grund gilt diese Stadt in der Teilrepublik Jakutien als die Kältekammer Russlands. Einer Sage nach hat Gott, als er die Erde erschuf, einen Engel mit einem Sack voller Reichtümer nach Sibirien geschickt. Als dieser über Jakutien flog, gefroren ihm vor Kalte die Finger und er lies alles fallen. Die ganzen Reichtümer Gold, Silber und Platin, fielen auf die Erde. Aus Zorn uber seinen Verlust strafte Gott die Region mit einem eisigen Winter.

In the Aikhal diamond mine in Siberia haul trucks have to carry on working reliably at temperatures as low as minus 60°C.?
In der Aichal Diamantenmine in Sibirien müssen Muldenkipper auch bei Temepraturen
bis zu minus 60 Grad Celsius zuverlässig laufen.

Motoren an Kälte angepasst

Wer in Aichal arbeitet, darf früher in Rente gehen. Die Mitarbeiter bekommen außerdem einen finanziellen Ausgleich und alle zwei Jahre einen Erholungsurlaub am Schwarzen Meer. Die Muldenkipper nicht. Bei eisigen Temperaturen von bis zu minus 60 Grad da fallt es Menschen schon schwer, zu atmen müssen sie zuverlässig ihren Dienst verrichten. „Zunächst war ich skeptisch, ob die leistungsfähigen Motoren von MTU dies wirklich können, aber sie laufen problemlos“, erzählt Vladimir Koyhevnikov, Chefingenieur des Minenbetreibers Alrosa. Nur alle 30.000 Stunden müssen sie überholt werden; nicht häufiger als MTU-Motoren in anderen Minen auch. Doch die Motoren sind speziell auf die Bedingungen in der eisigen Kalte Sibiriens vorbereitet. Da der in dieser Gegend verwendete Polardiesel einen Kerosinanteil von 60 Prozent hat und damit wesentlich dünnflüssiger als der sonst im Winter verwendete Winterdiesel ist, hat MTU die Injektoren so ausgelegt, dass der dünnflüssige Kraftstoff sie nicht zerstört. Jalousien vor dem Kühler verhindern, dass der Motor auskühlt. Sie sind vor den Kühler montiert und werden immer dann im Leerlauf geschlossen, wenn es zu kalt wird. Der Motorregler passt die Kraftstoffmenge und den Einspritzzeitpunkt zudem automatisch der Lufttemperatur an. Außerdem wird beim Start in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zusätzlich zur Haupteinspritzung die Voreinspritzung aktiviert.

Höhenkit für Einsatz in Chile

So that vehicles – be they tanks or haul trucks – function reliably even in the thin air at altitudes above 4,000m, they are equipped with a special high-altitude kit.?
Damit Fahrzeuge – seien es Panzer oder Muldenkipper --
auch in der dünnen  Luft in über 4.000 Metern Höhe zuverlässig
fahren, werden sie mit einem speziellen Höhenkit ausgestattet.

Wer einmal im Hochgebirge unterwegs war kennt das Gefühl: Die Luft wird dünn, das Atmen fallt schwer. Der Anteil des Sauerstoffs in der Luft wird mit jedem Meter geringer. Ein geübter Bergwanderer merkt davon auch in 3.000 Metern Hohe nicht viel. Wer allerdings vorwiegend im Flachland unterwegs ist, dem fallt schon auf 1.500 Metern Hohe das Atmen schwer. So ähnlich geht es auch den Leopard-2-Panzern, die seit drei Jahren das Rückgrat der chilenischen Armee sind. In bis zu 4.300 Meter Höhe müssen sie trotzdem ihre Fahrleistungen bringen. Besonders für die Turbolader ist dies eine Herausforderung. Deren Drehzahl erhöht sich, aber sie fordern weniger Brennluft in den Motor. Die Folge: Die Abgastemperatur steigt und die Lebensdauer vieler Bauteile sinkt. Damit dies nicht passiert, sorgt ein neues Verdichterrad im Turbolader zusammen mit einer Temperaturüberwachung des Abgases mittels Sensoren dafür, dass der Motor nicht zu heiß wird. Die Motorleistung wird dabei kaum spürbar zurückgenommen. So kann das Triebwerk auch im Hochgebirge Höchstleistungen bringen.

Extreme Schräglagen von Motoren

Peitschende Welle, Gischt und eisige Temperaturen. Rettungsschiffe müssen meistens dann ausrücken, wenn die Wellen am höchsten sind und andere Schiffe mit den Bedingungen nicht mehr klarkommen. Damit die Schiffe nicht selbst zum Rettungsfall werden, können sie sich automatisch wieder aufrichten, sollten sie kentern. „Wir legen unsere Motoren speziell auf solch schwierige Einsatzbedingungen aus. Um sicher zu gehen, dass immer genug Öl zur Verfügung steht, um die beweglichen Motorteile mit einem Schmierfilm zu überziehen, testen wir sie außerdem auf einem speziellen Schwenkprüfstand“, erklärt Dr. Carsten Baumgarten, Teamleiter Motorenversuch für die Baureihe 2000. Auf diesem Prüfstand werden Motoren in Schräglagen bis zu 45 Grad gebracht und in allen möglichen Last- und Drehzahlkombinationen getestet. Die Entwickler beantworten mit diesen Test-Fragen wie nach der Höhe des Öldrucks, dem Luftgehalt im Öl oder der Menge des Öls in den Blowby-Gasen des Motors, die über die Kurbelgehäuseentlüftung der Verbrennungsluft zugeführt werden. Motoren, die in Muldenkippern oder Baggern eingesetzt werden, müssen bis zu 15 Grad Schräglage in jede Richtung überstehen. Bei Motoren für Schiffe liegt dieser Wert zum Teil noch deutlich höher. In gepanzerten Fahrzeugen müssen MTU-Motoren teilweise bis zu 45 Grad Schräglage aushalten. Hierfür sind sie mit einer speziellen Trockensumpfschmierung ausgestattet. Das Öl wird ständig aus der Ölwanne in einen kleineren Behälter gepumpt, aus dem es in den Motor gelangt. So wird sichergestellt, dass immer genug Öl in den Motor gelangt.

MTU developers can tilt engines over to an angle of 45° on a test stand. In that way they can simulate the conditions on steep ascents or descents or in heavy seas.?
Bis zu 45 Grad können MTU-Entwickler Motoren auf einem
Prüfstand schräg stellen. Damit können sie harte Einsatzbedingungen, wie
Bergauf- oder Bergabfahren oder hohe Wellen simulieren.

Noch eine Nummer härter hat es die Motoren erwischt, die beispielsweise die Rettungsboote der britischen Seenotrettungsgesellschaft „Royal National Lifeboat Institution“ antreiben. Sie müssen sich um die eigene Längsachse drehen und trotzdem weiterlaufen. Kein leichtes Unterfangen, denn durch das Kentern kann Motoröl über die Kurbelgehäuseentlüftung in die Zylinder gelangen, das dann unkontrolliert verbrennt. MTU-Konstrukteure haben daher die Kurbelgehäuseentlüftung und die Räume für das Motoröl so gestaltet, dass bei der 360-Grad-Drehung kein Öl in den Ansaugtrakt gelangt.

Notstrom nach einem Erdbeben

Und was ist, wenn die Erde bebt? Notstromaggregate egal, ob sie in Kernkraftwerken, in Rechenzentren oder in Krankenhäusern die Stromversorgung absichern dürfen dann nicht ausfallen. In Kalifornien wackelt die Erde 10.000 Mal im Jahr und auch im Rest der Welt sind Erdbeben keine Seltenheit. Das müssen auch die Stromaggregate von MTU Onsite Energy aushalten. Die Entwickler von MTU Onsite Energy im amerikanischen Mankato haben daher kürzlich auf einem speziellen Prüfstand ein Erdbeben simuliert. Auf einem Prüftisch wurde ein Aggregat mit einem 3.250 Kilowatt starken MTU-Motor der Baureihe 4000 einem heftigen Erdbeben ausgesetzt. Das Ergebnis: Vor, und noch viel wichtiger, auch nach dem Erdbeben lief das Aggregat und tat das, was es in so einem Fall machen muss: Strom liefern. Das Aggregat erfüllt somit die Vorgaben des International Building Codes (IBC). 

IFrame

Bis zum Anschlag

Den ultimativen Härtetest haben MTU-Entwickler kürzlich mit einem Motor der Baureihe 890 durchgeführt. Sie haben eine Bergabfahrt simuliert und dabei die Drehzahl des Motors gesteigert, bis er ausgefallen ist. „Bei 5.555 Umdrehungen pro Minute mussten wir den Versuch aufgrund eines mechanischen Schadens abbrechen“, erzählt Frank Skrzypinski, MTU-Teamleiter für Motorversuche. Trotzdem „Approved“? „Ja“, ist Skrzypinski überzeugt. „Denn das sind 800 Umdrehungen pro Minute über der Drehzahl von 4.700, für die der Motor ausgelegt ist.“



Der Inhalt der Beiträge entspricht dem Stand zum jeweiligen Erscheinungsdatum. Sie werden nicht aktualisiert. Weitergehende Entwicklungen sind deshalb nicht berücksichtigt.

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