Ein neues Motorenkonzept für den Diesel Outboard Marine Markt

Technischer Bericht für die Firmenzeitschrift der ALFING KESSLER GMBH:

Seit 2007 werden keine Diesel Outboard Motoren mehr hergestellt bzw. verkauft. Der Rückzug der Hersteller vom Markt war damals emissionsbedingt, sie hätten große technische Anstrengungen unternehmen müssen, um die z.T. 30 Jahre alten Grundkonstruktionen zu modernisieren bzw. neue Motoren zu entwickeln.

Komplette Motor Neuentwicklungen, dazu noch mit anspruchsvoller Abgasturboaufladung und komplexer Dieseleinspritztechnologie, sind für traditionelle und große Marinemotoren-Hersteller nicht lukrativ. Die Aufwendungen für Entwicklung und Invest wären kaum amortisierbar.

Der kommerzielle Outboard Markt, mit seinem Schwerpunkt in der 50 PS Klasse, ist weltweit auf ca. 5000 Motoren pro Jahr begrenzt. Kein Ansatz für große Organisationen, aber eine perfekte Nische für ein kleines, schlankes, innovatives und Technologie getriebenes Unternehmen: 2006 wurde die Neander Motors AG gegründet, die im Besitz von strategischen Schutzrechten von Doppelkurbelwellenanordnungen in Verbindung mit Diesel-Brennverfahren ist.

Nach sorgfältigen Marktanalysen fiel 2009 der Startschuss zur Entwicklung eines 50 PS 800ccm Reihen-Twin-Diesel mit doppelter Kurbelwelle, abgasturboaufgeladen, ladeluftgekühlt, mit Common-Rail-Einspritzung und in Vollaluminium-Konstruktion.

Warum die Komplexität der zwei Kurbelwellen?

doppelkurbelwellenmotorUnter allen vernünftigen Zweizylinder Konzepten, Boxer-Twin, V-Twin, Reihen Twin mit Ausgleichswelle bietet der Zweizylinder Twin mit doppelter Kurbelwellenanordnung die besten dynamischen Eigenschaften. Er ist durch den inneren Momenten- und Querkraftausgleich vollkommen rollmomentenfrei. Eine Grundvoraussetzung dafür, dass der Outboard Motor um seine senkrechte Lenkachse ruhig steht und keine lästigen Drehbewegungen über die Pinne, in dieser Motorklasse die meist verbaute Steuereinheit, in die Fahrerhand überträgt. Zusätzlich zu seiner Momentenfreiheit, ist der Ausgleich der oszilliernden Massenkraft, 1. Ordnung, zu 100% darstellbar, da Massen-Seitenkräfte durch die gegenläufigen Kurbelwellen ausgeglichen werden. Dies macht ihn zum perfekten Antrieb im kommerziellen Outboard Bereich, da hier Bediener oft 8 Stunden und mehr im Einsatz sind. Sie können das Boot ermüdungsfrei bedienen und fahren.

spaceball
NEANDER spaceball

Infolge des Doppelkurbelwellenprinzips musste eine weitere Erfindung folgen: der spaceball.

In ihm sind die zwei Pleuel konventionell über zwei relativ kleine Kobenbolzen gelagert, der spaceball selbst kann im Kolben Rotationsbewegungen ausführen. Dadurch wird der zwingend notwendige rotatorische Freiheitsgrad erreicht, der Schiefstellungen des Kolbens im Zylinder infolge von Bauteil- und Fertigungstoleranzen vollständig ausgleicht bzw. verhindert.

Alle anderen Konstruktions- und Auslegungsprinzipien sind konventionell und an die Bauweise von Hochleistungsmotoren angelehnt, um mit der relativ niedrigen spezifischen Kurbelwellen-Leistung von 50 kW/l bestmögliche Robustheit für die kommerzielle Anwendung zu erreichen. Die Kurbelwellenleistung ist ca 5-8% höher als die an der Propellerwelle messbare und als Outboard output angegebene Leistung.

kurbelwelleDer Motor ist mit bedplate und closed deck Kurbelgehäuse über Zuganker mit dem zweiteiligen Zylinderkopf verschraubt. Der Hauptlagerbereich wird durch eingegossene Stahlbrücken verstärkt und sorgt damit für konstantes Spiel in der Zahnradverbindung der zwei gegenläufigen Kurbelwellen unter thermischer Ausdehnung. Zwei Schwungräder sind erforderlich, um die dynamischen Verzahnungsmomente der Kurbelwellenstirnräder im Betrieb immer oberhalb des Nulldurchganges zu halten. Dies führt zu bestmöglicher Akustik eines solchen Stirnradtriebes.

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Alfing Kurbelwellen für den NEANDER Doppelkurbelwellenmotor

Die ALFING Kurbelwellen bestehen aus 42CrMo4, sie sind mit 45mm Haupt- und 42 mm Pleuellager-Zapfen-Durchmesser bei einem Kolbenhub von 80 mm außerordentlich steif bzgl. Biegung und auch Torsion ausgelegt. Nur die halben Kolbenkräfte gehen ja in eine Welle. So beträgt der maximale Torsionswinkel bei 4000 1/min nur 0,18 Grad.