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Turbolader

Turbolader

Ein Turbolader nutzt das Abgas des Motors — keinen Riemen, kein Zahnrad an der Kurbelwelle — um einen Verdichter zu drehen, der Luft in die Zylinder zwangsfördert. Deshalb zeigt sich der Zustand des Turboladers zuerst in Brennstoffverbrauch und Abgastemperatur, bevor sich am Motor sonst irgendetwas ändert.

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Wissen

Was man an einem Turbolader prüft.

Ein Schiffsturbolader sitzt zwischen Abgassammler und Ansaugtrakt des Motors: ein Turbinenrad an einem Ende einer gemeinsamen Welle, angetrieben von Abgasenergie, die sonst verloren ginge, und ein Verdichterrad am anderen Ende, das mehr Luft in die Zylinder zwingt, als natürliche Ansaugung je könnte. Ohne ihn würde ein Schiffsdiesel aus derselben Zylindergröße vielleicht ein Drittel seiner Nennleistung liefern — der Grund, warum jeder moderne Schiffsdiesel vom kleinen Hilfsaggregat bis zum größten Zweitakt-Hauptmotor aufgeladen ist. Die Welle dreht sehr schnell — bis um die 20.000 rpm bei größeren Schiffseinheiten, bei kleineren noch höher…

Was diese Bauart ausmacht

Ein Schiffsturbolader sitzt zwischen Abgassammler und Ansaugtrakt des Motors: ein Turbinenrad an einem Ende einer gemeinsamen Welle, angetrieben von Abgasenergie, die sonst verloren ginge, und ein Verdichterrad am anderen Ende, das mehr Luft in die Zylinder zwingt, als natürliche Ansaugung je könnte. Ohne ihn würde ein Schiffsdiesel aus derselben Zylindergröße vielleicht ein Drittel seiner Nennleistung liefern — der Grund, warum jeder moderne Schiffsdiesel vom kleinen Hilfsaggregat bis zum größten Zweitakt-Hauptmotor aufgeladen ist. Die Welle dreht sehr schnell — bis um die 20.000 rpm bei größeren Schiffseinheiten, bei kleineren noch höher — gelagert in Lagern, die diese Drehzahl mit nichts als Schmieröl überstehen müssen, bei manchen Bauarten mit einer kleinen, vom Hauptmotorsystem unabhängigen Eigenschmierung. Weil er keine mechanische Verbindung zur Kurbelwelle hat, ist der Zustand eines Turboladers für eine Drehzahlanzeige der Welle unsichtbar; er zeigt sich nur in Ladedruck, Abgastemperatur und den Verbrauchszahlen.

Querschnitt eines Turboladers
Querschnitt eines Abgasturboladers mit Turbinenrad und Verdichterrad auf gemeinsamer Welle, die durch ein geschmiertes Lagergehäuse läuft.

Hauptkomponenten

Turbinenrad und -gehäuse

Das Abgas entspannt sich durch die Turbine und gibt Energie ab; Turbinenschaufel-Verschmutzung aus unverbranntem Brennstoff oder Verschleißprodukten der Auslassventile ist eine der häufigsten Ursachen für über die Zeit fallenden Ladedruck.

Verdichterrad und -gehäuse

Saugt Ladeluft an und verdichtet sie; Verschmutzung hier — durch Ölnebel oder salzhaltige Ansaugluft (bei Motoren, die bei schwerem Wetter nahe dem Schornstein ansaugen) — mindert den Luftstrom und hebt die Ansaugtemperatur.

Gemeinsame Welle und Lager

Entweder ölgeschmierte Gleitlager aus dem Schmierölsystem des Motors oder, bei manchen modernen Bauarten, gekapselte Wälzlager mit eigener Schmierung — auch gewählt, um die Abhängigkeit von der Sauberkeit des Motoröls zu verringern.

Ladeluftkühler

Kein Teil des Turboladers selbst, aber funktional untrennbar von ihm — kühlt die verdichtete Luft vor den Zylindern, und ein verschmutzter Kühler ahmt an den Anzeigen eine Turboladerschwäche nach, selbst wenn der Lader in Ordnung ist.

Auswahl / Auslegung

Turbolader werden vom Motorenhersteller auf ein konkretes Motormodell abgestimmt — nach gefordertem Ladedruck, Luftdurchsatz und der bei Nenn- wie Teillast verfügbaren Abgasenergie; sie sind zwischen Motortypen auch bei ähnlicher Leistung generell nicht austauschbar, weil Turbinen- und Verdichterkennfelder zum tatsächlichen Betriebsbereich des Motors passen müssen. Einzel-, Doppel- oder sequenzielle Aufladung (mehrere Einheiten, nach Lastbereich gestaffelt) richtet sich nach dem Lastprofil des Motors — ein Motor mit viel Teillastanteil profitiert von sequenzieller Aufladung oder Wastegate-Regelung, um das schlechte Schwachlastverhalten eines überdimensionierten Einzelladers zu vermeiden.

Vorschriften / Klasse

Turbolader werden nicht separat als eigenständiges Gerät klassenzertifiziert, sind aber integraler Teil der genehmigten Motorkonfiguration und der NOx-Konformität nach MARPOL Anlage VI — eine geänderte Laderabstimmung ohne Freigabe von Motorenhersteller und Klasse kann das EIAPP-Zertifikat des Motors entwerten, denn Ladedruck und Ladelufttemperatur beeinflussen die NOx-Bildung unmittelbar. Die Klasse besichtigt die Turboladerüberholung im periodischen Besichtigungsschema des Motors, und IACS-UR-Anforderungen regeln Überdrehzahl- und Berstschutz für die rotierende Baugruppe.

Typische Fehler

  • Verschmutzung auf der Turbinenseite — Ablagerungen aus unvollständiger Verbrennung oder schlechter Brennstoffqualität mindern den Turbinenwirkungsgrad, sichtbar als fallender Ladedruck und steigende Abgastemperatur bei gleicher Last.
  • Verschmutzung auf der Verdichterseite — Salz- oder Ölnebelablagerungen am Verdichterrad mindern den Luftstrom und können den Rotor mit der Zeit aus der Wucht bringen.
  • Lagerverschleiß durch Schmierölverunreinigung — bei dieser Wellendrehzahl kann schon geringe Ölverschmutzung oder eine kurze Unterbrechung der Ölversorgung zu raschem Lagerversagen führen.
  • Pumpen (Surge) — instabiler, rückschlagender Luftstrom durch den Verdichter bei niedrigem Durchsatz und hohem Druck, hörbar als markantes Pulsieren und schädlich für Verdichterrad und Lager, wenn es nicht abgestellt wird.
  • Verschmutzter Ladeluftkühler als Turboladerfehler fehlgedeutet — die Symptome überlappen so eng, dass die Fehldiagnose zu einer unnötigen Laderüberholung führt, obwohl der Kühler das eigentliche Problem war.

Worauf es beim Lieferanten ankommt

  • Bestätigte Abstimmung auf das exakte Motormodell und die Leistungsstufe, mit Freigabe des ursprünglichen Motorenherstellers, wo der Lader Ersatz statt Erstausrüstung ist.
  • Überholungs- und Tauschgeräte-Servicenetz im Fahrtmuster des Schiffs, denn die Überholungsintervalle sind häufig genug, dass Wartezeit auf Service ins Gewicht fällt.
  • Dokumentation der fortbestehenden NOx-/EIAPP-Konformität, wenn die Einheit in irgendeinem Punkt von der ursprünglich zertifizierten Konfiguration abweicht.
  • Mitgelieferte Rotorwucht- und Lagerspieldaten zu jedem überholten oder getauschten Gerät, nicht nur ein Sichtprüfbericht.

Eine stetig kletternde Abgastemperatur bei unveränderter Last ist der Turbolader oder der Ladeluftkühler, der zu Ihnen spricht — lange bevor er endgültig ausfällt. Die Zahlen als Trend verfolgen, nicht bloß gegen die rote Linie abgleichen.

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