Der Motor eines großen Frachtschiffs ist meist ein langsam laufender Zweitaktdiesel mit etwa 60–130 rpm, der direkt mit der Propellerwelle verschraubt ist. Fähren, Kreuzfahrtschiffe, Schlepper und Offshore-Schiffe verwenden dagegen überwiegend mittelschnell oder schnell laufende Viertaktdiesel, die über ein Getriebe antreiben oder Generatoren versorgen. Zweitakter überzeugen bei sehr hoher Leistung durch Kraftstoffeffizienz und Einfachheit; Viertakter durch kompakte Abmessungen, Leistungsdichte und Flexibilität.
Die wichtigsten Erkenntnisse
- Schiffsdieselmotoren werden nach Drehzahl eingeteilt: Langsamläufer (üblicherweise unter etwa 300 rpm, fast immer Zweitakter), Mittelschnellläufer (etwa 300–1000 rpm) und Schnellläufer (über etwa 1000 rpm), wobei die beiden letztgenannten Gruppen typischerweise Viertakter sind.
- Ein Zweitaktdiesel zündet bei jeder Umdrehung; ein Viertaktdiesel bei jeder zweiten Umdrehung.
- Große Zweitakt-Schiffsmotoren sind Kreuzkopfmotoren mit Gleichstromspülung und können einen spezifischen effektiven Kraftstoffverbrauch von etwa 170 g/kWh erreichen, was einem thermischen Wirkungsgrad von nahezu 50 Prozent entspricht.
- Der 14-Zylinder-Zweitakter RTA96-C wird häufig als größter Hubkolbenmotor genannt. Er leistet etwa 80000 kW und wiegt mehr als 2300 Tonnen.
- Kreuzfahrtschiffe verwenden üblicherweise dieselelektrische Antriebe: Mehrere mittelschnell laufende Motoren treiben Generatoren an, die elektrische Antriebsmotoren oder Pod-Antriebe versorgen.
- Seit 2020 begrenzen die IMO-Vorschriften nach MARPOL Anlage VI den Schwefelgehalt von Kraftstoffen weltweit auf 0.50 Prozent und in Emissionsüberwachungsgebieten auf 0.10 Prozent. Dadurch werden Schiffe auf schwefelarme Kraftstoffe, Abgaswäscher oder LNG umgestellt.
Welche Art von Schiffsmotor verwenden die meisten Schiffe?
Die meisten gewerblichen Schiffe verwenden Dieselmotoren, die wegen ihres thermischen Wirkungsgrads, ihrer Kraftstoffflexibilität und ihrer Zuverlässigkeit gewählt werden. Größe und Drehzahl des Motors hängen vom Schiffstyp und von der Art der Leistungsübertragung ab.
| Motorklasse | Typische Drehzahl | Arbeitsverfahren | Typischer Leistungsbereich | Einsatzbereich |
|---|---|---|---|---|
| Langsamlaufend | ~60–130 rpm (große Aggregate) | Zweitakt, Kreuzkopf | Mehrere MW bis etwa 80 MW | Containerschiffe, Massengutfrachter, Tanker |
| Mittelschnelllaufend | ~300–1000 rpm | Viertakt, Tauchkolben | ~0.5–20 MW pro Motor | Fähren, Kreuzfahrtschiffe, Offshore-Schiffe, große Schlepper, Schiffsaggregate |
| Schnelllaufend | Über ~1000 rpm | Viertakt | Bis zu wenigen MW | Arbeitsboote, Patrouillenboote, Schnellfähren, kleine Schlepper, Hilfsstromaggregate |
Die Definitionen der Drehzahlbereiche unterscheiden sich je nach Quelle und Motorenhersteller; betrachten Sie die Grenzen daher als ungefähre Werte. Jedes große Schiff hat außerdem Hilfsmotoren an Bord, meist mittelschnell oder schnell laufende Viertakt-Generatoraggregate, die auf See und im Hafen elektrische Energie liefern.
Wie funktioniert ein Zweitakt-Dieselmotor?
Ein Zweitaktdiesel führt Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen innerhalb einer Kurbelwellenumdrehung aus. Daher zündet jeder Zylinder jedes Mal, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Große Schiffsausführungen verwenden ein vom Turbolader versorgtes Spülluftsystem anstelle separater Ansaug- und Ausstoßtakte.
- Arbeitstakt — Nahe dem oberen Totpunkt wird Kraftstoff in die durch Verdichtung stark erhitzte Luft eingespritzt. Er entzündet sich und treibt den Kolben nach unten.
- Ausstoßen — Nahe dem unteren Totpunkt öffnet ein hydraulisch betätigtes Auslassventil im Zylinderdeckel, und der Druck fällt ab.
- Spülen — Der Kolben gibt Schlitze in der Zylinderlaufbuchse frei. Druckluft aus Turbolader und Spülluftsammler strömt nach oben durch den Zylinder und drückt das Abgas durch das Ventil hinaus. Diese Strömung in einer Richtung wird Gleichstromspülung genannt.
- Verdichten — Die Schlitze werden geschlossen, das Auslassventil schließt, und der aufwärtslaufende Kolben verdichtet Frischluft für den nächsten Zyklus.
Da langsam laufende Zweitakter bei jeder Umdrehung zünden und mit niedriger Drehzahl laufen, können sie ohne Getriebe direkt mit einem großen Festpropeller gekoppelt werden. Die meisten sind direkt umsteuerbar: Für die Rückwärtsfahrt wird der Motor gestoppt und in entgegengesetzter Drehrichtung neu gestartet.
Warum sind große Schiffsmotoren als Kreuzkopfmotoren ausgeführt?
Bei einem Kreuzkopfmotor ist die Kolbenstange mit einem in Führungen gleitenden Kreuzkopf verbunden, und die Pleuelstange verbindet den Kreuzkopf mit der Kurbelwelle. Dadurch werden Seitenkräfte von der Zylinderlaufbuchse ferngehalten und die Zylinder vom Kurbelgehäuse getrennt, sodass Zylinderschmieröl und Systemöl separat optimiert werden können. Der Nachteil ist die Bauhöhe: Kreuzkopfmotoren sind deutlich höher als Tauchkolbenmotoren ähnlicher Leistung.
Wodurch unterscheidet sich ein Viertakt-Schiffsdieselmotor?
Ein Viertaktdiesel arbeitet mit separaten Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßtakt, sodass jeder Zylinder bei jeder zweiten Umdrehung zündet. Ventile im Zylinderkopf steuern den Gaswechsel, und der Kolben ist direkt mit der Pleuelstange verbunden (Tauchkolbenbauweise).
Viertakt-Schiffsmotoren laufen schneller und erzeugen dadurch mehr Leistung im Verhältnis zu Größe und Gewicht. Das macht sie zur naheliegenden Wahl, wenn Höhe und Länge des Maschinenraums begrenzt sind, beispielsweise auf Fähren, Offshore-Versorgungsschiffen und Schleppern. Aufgrund ihrer höheren Drehzahl treiben sie den Propeller üblicherweise über ein Untersetzungsgetriebe an, häufig in Verbindung mit einem Verstellpropeller, oder sie treiben Generatoren einer dieselelektrischen Anlage an.
| Merkmal | Langsam laufender Zweitakter | Mittelschnell/schnell laufender Viertakter |
|---|---|---|
| Zündhäufigkeit | Bei jeder Umdrehung | Bei jeder zweiten Umdrehung |
| Verbindung zum Propeller | Direktantrieb ohne Getriebe | Untersetzungsgetriebe oder dieselelektrischer Antrieb |
| Baugröße pro kW | Groß und schwer | Kompakt |
| Kraftstoffeffizienz | Höchste unter allen Schiffsmotoren | Hoch, bei gleicher Leistung etwas geringer |
| Gaswechsel | Laufbuchsenschlitze und Auslassventil | Einlass- und Auslassventile |
| Redundanz | Meist ein einzelner Hauptmotor | Mehrere Motoren üblich |
| Typische Schiffe | Hochseefrachtschiffe | Fähren, Kreuzfahrtschiffe, Schlepper, Offshore-Schiffe |
Welche Motoren treiben Fracht-, Container- und Kreuzfahrtschiffe an?
Fracht- und Containerschiffe werden fast immer von einem einzelnen langsam laufenden Zweitakter angetrieben, da diese Schiffe wochenlang mit gleichmäßiger Geschwindigkeit fahren und Kraftstoff den größten Betriebskostenposten ausmacht. Kreuzfahrtschiffe verwenden meist mehrere mittelschnell laufende Viertakter in einer dieselelektrischen Anordnung.
- Containerschiffsmotor — ein einzelner großer Zweitakter, auf den größten Schiffen häufig mit 8–12 Zylindern, der einen großen Festpropeller antreibt. Auf den größten Containerschiffen wurden Motoren der RTA96-C-Klasse eingesetzt, die als 14-Zylinder-Ausführung eine Bohrung von 960 mm, einen Hub von 2500 mm und eine Leistung von etwa 80000 kW aufweist.
- Massengutfrachter und Tanker — ähnliche langsam laufende Zweitakter, meist mit kleinerer Bohrung und weniger Zylindern.
- Kreuzfahrtschiffsmotor — üblicherweise vier bis sechs mittelschnell laufende Motoren, die ein gemeinsames Stromnetz speisen. Elektromotoren treiben Wellen oder schwenkbare Pod-Antriebe an. Für einen effizienten Betrieb wird die Zahl der laufenden Motoren an die Last angepasst, während dieselbe Anlage auch den Hotelbetrieb mit Strom versorgt.
- Fähren und Offshore-Schiffe — mittelschnell oder schnell laufende Viertakter mit Getriebeantrieb, teilweise in dieselelektrischen oder hybriden Konfigurationen.
Kleinere Fähren und Küstenschiffe verwenden schnell laufende Motoren mit Leistungen von einigen hundert bis wenigen tausend kW. Beispielsweise wird der SC33W1000CA2 mit integriertem Getriebe im Leistungsbereich von 680–1100 hp angeboten. Dieser Motortyp kommt im Antriebsprojekt für eine Passagierfähre zum Einsatz.
Welche Kraftstoffe verbrennen Schiffsmotoren, und welche Rolle spielt LNG?
Große Zweitakter wurden für den Betrieb mit Schweröl ausgelegt. Viele verwenden es weiterhin in Verbindung mit Abgaswäschern, während andere sehr schwefelarmes Heizöl oder Marinegasöl verbrennen, um die Schwefelgrenzwerte nach MARPOL Anlage VI einzuhalten. LNG-betriebene Schiffe verwenden Zweistoffmotoren, die zwischen Gas und flüssigem Kraftstoff wechseln können.
Zweitakt-Zweistoffmotoren gibt es in zwei Hauptkonzepten: Hochdruck-Gaseinspritzung, bei der Gas nach dem Dieselprinzip verbrannt wird, und Niederdruck-Gaszufuhr, bei der ein vorgemischtes Gemisch nach dem Ottoprinzip mit einer kleinen Zündmenge flüssigen Kraftstoffs verbrannt wird. LNG reduziert Schwefeloxide und Partikel nahezu vollständig und senkt den CO2-Ausstoß; der Schlupf unverbrannten Methans muss jedoch beherrscht werden. Motorenhersteller bieten auch methanoltaugliche Motoren an und entwickeln ammoniakbetriebene Ausführungen, während die Schifffahrt auf die Treibhausgasziele der IMO hinarbeitet.
Stickoxidemissionen werden durch die IMO-Tier-Grenzwerte geregelt. Tier III gilt in ausgewiesenen NOx-Emissionsüberwachungsgebieten für Schiffe, die nach den jeweiligen Stichtagen gebaut wurden, und erfordert im Dieselbetrieb üblicherweise selektive katalytische Reduktion oder Abgasrückführung.
Was bedeutet das für Käufer kleinerer Schiffsantriebsmotoren?
Bei den meisten Schiffen unterhalb der Größenklasse von Hochseefrachtern besteht die eigentliche Wahl zwischen mittelschnell und schnell laufenden Viertaktmotoren, abgestimmt auf ein Schiffsgetriebe. Langsamer laufende, größere Motoren halten unter Dauerlast in der Regel länger; schneller laufende Motoren sparen Gewicht und Platz.
- Schlepper, Baggerschiffe und schwere Arbeitsboote kombinieren häufig Motoren der 1000-kW-Klasse, beispielsweise den Hauptmotor CW6250ZLC-1N oder den V12 12M33C1000-15, mit Schwerlastgetrieben.
- Fischerboote und Küstenarbeitsboote verwenden üblicherweise schnell laufende Motoren mit 100–400 kW, wie in unserem Kaufratgeber für Schiffsdieselmotoren erläutert.
- Hilfsstromaggregate auf Schiffen folgen den Leistungseinstufungen nach ISO 8528. Die Leistungseinstufungen von Schiffsantriebsmotoren basieren dagegen üblicherweise auf den Referenzbedingungen nach ISO 3046 und den Einsatzdefinitionen des Herstellers.
MARS liefert Schiffsantriebsmotoren und Getriebe dieser Klassen und kann den Motor vor dem Versand mit schriftlichem Bericht und Video prüfen. Um Optionen für ein Schiff zu vergleichen, senden Sie uns Angaben zum Schiff und zum Einsatzprofil.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der größte Schiffsmotor der Welt?
Der 14-Zylinder-Zweitaktdiesel RTA96-C wird häufig als größter Hubkolbenmotor genannt. Er leistet etwa 80000 kW (rund 107000 hp) und wiegt mehr als 2300 Tonnen. Neuere Motorengenerationen der großen Lizenzgeber erreichen vergleichbare Leistungen.
Warum verwenden Schiffe Zweitaktmotoren?
Langsam laufende Zweitakter sind bei sehr hohen Leistungen die kraftstoffeffizientesten verfügbaren Motoren. Ihre Drehzahl ist niedrig genug, um einen großen Propeller ohne Getriebe direkt anzutreiben. Bei Schiffen, die auf langen Reisen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit fahren, spart das Kraftstoff und verringert die technische Komplexität.
Mit welcher Drehzahl läuft ein Schiffsmotor?
Große Zweitakt-Schiffsmotoren laufen bei Nennleistung üblicherweise mit etwa 60–130 rpm. Mittelschnell laufende Viertakter erreichen etwa 300–1000 rpm, schnell laufende Motoren mehr als etwa 1000 rpm.
Welchen Motor verwendet ein Kreuzfahrtschiff?
Die meisten modernen Kreuzfahrtschiffe verwenden dieselelektrische Anlagen mit mehreren mittelschnell laufenden Viertaktmotoren, die Generatoren antreiben. Elektromotoren oder Pod-Antriebe treiben die Propeller an. Einige neuere Kreuzfahrtschiffe fahren mit LNG und Zweistoffmotoren.
Sind Schiffsmotoren Dieselmotoren?
Die meisten ja. Diesel- und Zweistoffmotoren treiben den weitaus größten Teil der weltweiten Handelsflotte an. Gasturbinen, Dampfturbinen und batterieelektrische Systeme werden nur in speziellen Nischen eingesetzt.
