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#Produkttrends
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Zweitakt-Motorenentwickler bauen tiefere Datenverbindungen auf
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Die Datenanforderungen moderner Schiffsbetreiber treiben Verbesserungen in den Bereichen Motorsteuerung, Fernüberwachung und Sensorik voran
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Der Bedarf an mehr Steuerungsfunktionen und die Integration neuer Komponenten steht hinter der Überarbeitung der Steuerungsarchitektur für einen der Hauptentwickler von Schiffszweitaktmotoren. WinGD wird ab dem nächsten Jahr ein neues Motorsteuerungssystem mit verbesserter Rechenleistung einführen. WinGD Integrated Control Electronics (WiCE) wird die aktuellen WECS- und UNIC-Steuerungssysteme ersetzen, die jeweils vor mehr als 15 Jahren entwickelt wurden.
Dr. Wolfgang Östreicher, Geschäftsführer Steuerung und Automatisierung, erklärt, dass die hohen Anforderungen an die Datenerfassung und Steuerung eines modernen Motors dazu geführt haben, dass die heutigen Steuerungssysteme stark belastet waren. Ein moderner Dual-Fuel-Motor erfordert beispielsweise die Überwachung und Steuerung von Flüssigkraftstoffeinspritzung, Schmierung, Gaseintritt, Voreinspritzung und NOx-Sensorik, mit weiteren Anforderungen, wenn die NOx-Nachbehandlung im Dieselbetrieb eingesetzt wird.
"Sie können neue Module hinzufügen, wenn mehr Komponenten benötigt werden, aber dann wird die Kommunikation zwischen den Modulen zum Flaschenhals", sagt er.
Die zunehmende Digitalisierung der Schifffahrt sowie die Aussicht, andere hybride Energiequellen integrieren zu müssen, dürften die Belastung der Motorsteuerungssysteme nur erhöhen. WiCE wird diese Probleme durch Hinzufügen eines speziellen Kommunikationsmoduls, einschließlich einer Firewall, lösen, über die das System mit Diagnosesystemen verbunden werden kann und Software-Updates erhält. Das Bussystem, das die Kommunikation zwischen den Modulen ermöglicht, wird im Vergleich zu bestehenden Steuerungssystemen ein deutliches Upgrade erhalten.
"Die zunehmende Digitalisierung der Schifffahrt sowie die Aussicht, andere hybride Energiequellen integrieren zu müssen, dürften die Belastung der Motorsteuerungssysteme erhöhen"
Das System ist vollständig modular aufgebaut, sowohl auf Software- (System und Anwendungen) als auch auf Hardwareebene. Es wird für zukünftige Upgrades vorbereitet, wobei jede Komponente separat verifiziert und validiert wird. Dies bedeutet, dass beim Hinzufügen neuer Module nur dieses Modul und die Leistung des Systems validiert werden müssen, anstatt alle anderen Module neu zu validieren.
Die Besatzung, die den Motor an Bord bedient, sollte keinen Unterschied zwischen der neuen WiCE-Schnittstelle und früheren WECS- oder UNIC-Architekturen bemerken, außer einem moderneren Design. WinGD erwartet, dass die mit Zweitaktmotoren vertraute Besatzung die Steuerung nach einer fünftägigen Einarbeitungszeit nutzen kann.
Verbrennung im geschlossenen Kreislauf
Auch der deutsche Spezialist für Zylinderüberwachung Imes hat seine Produkte im Hinblick auf moderne Motorenentwicklungen neu konzipiert. Sie hat einen robusten neuen Zylinderdrucksensor entwickelt, der speziell für die sehr präzisen und zuverlässigen Datenanforderungen der neuesten Motoren, insbesondere derjenigen mit geschlossener Verbrennungsregelung, entwickelt wurde. Diese Steuerungsmethode ermöglicht es, dass Motoren auch bei Betrieb mit Gasen unterschiedlicher Qualität mit hohem Wirkungsgrad arbeiten.
Aufgrund höherer angegebener mittlerer Wirkdrücke an Gasmotoren unterliegen Zylinderdrucksensoren extremeren Betriebs- und Umweltbedingungen. Der neue Sensor mit Frontmembran und Gewinde M10 oder M14 wurde entwickelt, um diesen Bedingungen standzuhalten und gleichzeitig die Anforderungen an die Genauigkeit bei minimaler Kalibrierdrift zu erfüllen.
Der Sensor überträgt den Druck über eine Messfeder. Auf der Messfläche, die Teil der Messfeder ist, entstehen Bereiche mit gleicher Zug- und Druckfestigkeit. Da die Messfläche Verformungen ausgesetzt ist, wird eine Widerstandsbrücke in Hochtemperatur-Dünnschicht auf sie aufgebracht. Abhängig von der Dehnung wird ein Spannungssignal proportional zur Druckänderung gemessen.
Die Messfeder ist beständig gegen anomale Verbrennung mit extrem hohen Druckanstiegen von bis zu 1000 bar/ms und erreicht eine hohe thermodynamische Genauigkeit für die Motorsteuerung. Er ist für mehr als eine Billion Lastzyklen ausgelegt. Eine hochtemperaturbeständige Keramik für Temperaturen bis 400°C bildet die Grundlage für die elektrischen Anschlüsse des Sensors, während beim Drahtbonden die elektrische Verbindung mehr als 350°C aushalten kann.
Auswertungen an einem Einzylinder-Testmotor und der Vergleich mit einem wassergekühlten piezoelektrischen Sensor haben seine Genauigkeit bestätigt. Der Sensor wurde auch erfolgreich an zweistufigen Schiffsmotoren getestet. Sie werden seit März 2017 auf dem schwedischen Asphalt-Träger Bit Viking installiert, der von Sechszylinder-Wärtsilä 50DF-Motoren angetrieben wird. Die Sensoren wurden auch am 18-Zylinder-Dual-Fuel-Motor eines karibischen Motorschiffes getestet. Imes wird die Ergebnisse dieser Versuche und eine Beschreibung seiner Entwicklungsarbeit auf dem CIMAC-Kongress im Juni vorstellen.
Um diese wachsenden Fähigkeiten zur genauen Überwachung und Steuerung von Motoren zu nutzen, ist auch eine neue digitale Infrastruktur erforderlich. MAN CEON wird die Plattform sein, über die alle zukünftigen digitalen Dienstleistungen von MAN Energy Solutions bereitgestellt werden und von der erwartet wird, dass sie ein wachsendes Angebot an kostenpflichtigen Remote-Diensten anbieten. Er wird ab diesem Jahr bei allen neuen MAN-Motoren, -Turbinen und -Verdichtern zum Standard gehören und bietet bereits einen Fernüberwachungs- und -Optimierungsservice, der kürzlich vom After-Sales-Bereich MAN PrimeServ des Unternehmens eingeführt wurde.
MAN-Chef Per Hansson sagt, dass die Plattform so konzipiert wurde, dass sie mehrere tausend Kundeninstallationen parallel überwacht, mit einer Datenverarbeitungskapazität, die "die vieler großer Social-Media-Plattformen übersteigt".
Er sagt: "Alle unsere Maschinen sind mit Hunderten von Sensoren ausgestattet, die ständig Daten übertragen. MAN CEON ermöglicht die effiziente Erfassung, Speicherung und Auswertung dieser Datenmengen. Wir beobachten bis auf die Ebene kleiner Teilkomponenten, ähnlich wie bei einem "digitalen Zwilling", mit hochauflösenden Daten, die bei Bedarf verfügbar sind."
Weniger als 100 Schiffe mit MAN Zweitaktmotoren werden seit bis zu einem Jahrzehnt über einen sicheren VPN-Tunnel ferngesteuert. Diese werden auf MAN CEON übertragen. Seit mehr als einem Jahrzehnt werden auch Viertaktmotoren von PrimeServ überwacht.
"MAN CEON baut darauf auf, indem es den Zugang zu den Daten in nahezu Echtzeit ermöglicht, um eine proaktive Beratung zu ermöglichen, und indem es den Kundenteams Zugang zu den gleichen Überwachungs- und Analysetools bietet, die unsere MAN PrimeServ-Teams einsetzen", sagt Hansson.
Diese letzte Bemerkung ist ergreifend. Es wurde behauptet, dass Unternehmen die Digitalisierung oft richtungslos verfolgen. Den Reedern das gleiche Maß und die gleiche Unmittelbarkeit an Einblick in die Motoren wie den Servicetechnikern zu geben, ist ein würdiges Ziel, das die Effizienz der Schifffahrt nachhaltig beeinflusst.