Caterpillar C280: Versatile all-rounder in marine propulsion

When it comes to reliability in marine propulsion systems, Caterpillar plays a leading role with its C280 engines. Giulia Biancotto from Caterpillar Marine Power Systems, Hamburg, reports in an interview on the strengths of Caterpillar products and current developments.

We're here to talk about Caterpillar and the C280 engine. Why do you need to know the engine?

Der Motor wurde in den 1980er Jahren von Caterpillar entwickelt. Es handelt sich um einen kompakten Mittelgeschwindigkeits-Dieselmotor mit 16 Zylindern und zwei einstufigen Turboladern, genannt C280, weil er eine Bohrung von 280 mm hat – also etwas mehr als 11 Zoll. Er ist bekannt für[ds_preview] seine Zuverlässigkeit und Haltbarkeit. Ursprünglich wurde er für die Stromerzeugung entwickelt und dann auf Eisenbahnen und die Schifffahrt ausgeweitet. Für den Lokomotivantrieb musste der Motor eine sehr kleine, schmale Bauform haben. Diese Motoren laufen auch bei Stößen und starken Vibrationen, besonders wenn Schienen in keinem guten Zustand sind. Tatsächlich wurde der Motor auch für anspruchsvolle Anwendungen entwickelt, daher ist er seit vielen Jahren im Einsatz, unter anderem bei der US Navy und anderen maritimen Kunden weltweit. In den letzten fünf Jahren haben wir intensiv in diese Motorplattform investiert, um sie noch leistungsfähiger zu machen. Heute können wir den ein Leistungsmodul anbieten, was wettbewerbsfähiger ist und bis zu 8 Megawatt schafft. Das könnte in großen OPVs (Offshore Patrol Vessels), Korvetten oder sogar für Zerstörer eingesetzt werden.

Welche Varianten gibt es und warum reicht die Leistung bis acht Megawatt?

Die Produktlinie reicht von 6, 8, 12 bis 16 Zylindern, sodass wir alle Leistungsbereiche von 3 bis 8 MW abdecken können. Der Motor wird nicht nur für die Marine produziert, sondern dieselbe Plattform wird auch für andere Märkte hergestellt. Die Gesamtproduktion liegt bei einer vierstelligen Zahl pro Jahr, was uns mit Produktionskapazitäten und Verfügbarkeit hilft, um Spitzen in der Nachfrage zu decken und ein ausreichendes Angebot an Ersatzteilbeständen weltweit aufrechtzuerhalten. Dies ist für die Kunden, die wir bedienen wollen, von immenser Bedeutung. Wer global agiert, braucht auch eine Teilelager auf der ganzen Welt – wir haben eines in den USA, eines in Europa in Belgien, eines in Dubai und eines im Asien-Pazifik-Raum. Warum 8Mw, nun ja, die sind wie gesagt relevant für Fregatten und größere Korvetten. Wir lagen zuvor bei etwa 6,5 Megawatt und hatten kein Produkt für diese Anforderung.

Dank hoher Wartungsfreundlichkeit sind die Cat-Motoren weltweit einsetzbar, Foto: Caterpillar

Aber die Anforderungen an Schiffs-Systeme sind gestiegen, der Markt fordert das von uns. Da das Motorenfundament für extreme Belastungen ausgelegt ist wir auf der vorhandenen Basis aufbauen konnten, haben wir die Luftzufuhr, das Kraftstoffmanagement und die Mechanik verbessern können. Somit haben wir den guten alten Motor somit von rund 6,5 MW auf 8 MW quasi getunt, und das weiterhin mit 16 Zylindern. Der Motor ist ein Allrounder, man kann ihn als Antriebs- oder E-Diesel erhalten. Ob er nun Strom für die reine Schiffselektrik oder dieselelektrischen Antrieb liefert, beides geht. Die Motoren sind auch kombinierbar, mehrere können sowohl für den Antrieb als auch für die Stromerzeugung zugeschaltet werden. Diese Vielseitigkeit mehrerer Motoren gleicher Bauart ist natürlich eine Frage des Schiffsdesigns, der Motor ist nur der „enabler“. Die Schiffbauer und Planer müssen diese Redundanz mit mehreren Motoren für beides natürlich von vornherein vorsehen. Wir nennen das „Boost“ oder „Power Take-In“, bei dem Hauptantriebsmotoren die Propeller antreiben und zusätzliche Elektromotoren einen Schub liefern. Beim Betrieb mit geringer Last ist denkbar, den Antriebsmotor auch abzuschalten, auch um die Signatur zu verringern. Dank der gesamten C280-Reihe können wir Designern alles das bieten, was sie benötigen.

Denken sie dabei auch in Einsatzszenarien?

Natürlich. Der Punkt ist, dass Kriegsschiffe nicht mehr nur in den üblichen vergangenen warfare Areas eingesetzt werden. Es gibt nicht nur Schiffe für Luftverteidigung oder U-Jagd. Heute müssen schiffe vielseitiger sein. Das bedeutet meist auch, dass mehr Raum und Gerät wie zum Beispiel Missionsmodule benötigt wird. Fachleute wissen, dass mehr Gewicht und Raum ein Schiff größer macht, sie müssen also auch beim Antriebssystem Platz sparen. Daran haben wir gedacht, es ist ja auch eine Frage von Treibstoff, Munition und damit der Leistungsfähigkeit insgesamt.

Kann man die Zylinderbank erweitern? Und was können Sie uns über Zuverlässigkeit und Verbrauch sagen?

Das würde die Länge signifikant erhöhen. Mindestens einen Meter, wahrscheinlich sogar etwas mehr, vom Gewicht ganz zu schweigen. Daher haben wir uns entschieden, das bereits vorhandene Fundament zu nutzen und neue Komponenten hinzuzufügen, um die notwendige Leistung zu erzielen. Es ist ein sehr einfacher effizienter Motor. Er sieht möglicherweise auch nicht so elegant aus wie bei einigen Mitbewerbern, mit einem Luftschlauch hier und einem Rohr dort, aber er ist eben super einfach zu warten. Das ist Teil seiner Geschichte, die Kultur des Unternehmens halt. Und sie müssen auch auf der ganzen Welt Leute finden, die damit klarkommen können. Denn mal hat man hochqualifizierte, manchmal aber auch weniger erfahrener Kräfte. Es ist ein typisches US – Produkt: robust und einfach. Wir haben keine Hochdruck-Common-Rail-Einspritzung, wir verwenden ein hydraulisches Einspritzsystem. Das ist bewährt, hat eine niedrige magnetische Signatur. Was den Verbrauch abgeht, sind wir, würde ich sagen, besser als der Durchschnitt.

Arbeitet der Motor auch mit alternativen Kraftstoffen? Stichwort Hybridisierung oder E-Antriebe?

Die Frage war zu erwarten, ja natürlich. Die Motoren können mit alternativen Kraftstoffen betrieben werden: E100-Bio-Kraftstoff mit 100 % Bioanteil oder HVO (hydriertes Pflanzenöl) – ein sehr guter Kraftstoff. Kunden aus dem Defence-Bereich scheuen aber die zusätzliche Logistik für eine weitere Kraftstoffart. Wir bieten das aber an, obwohl wir derzeit noch kaum eine Nachfrage sehen. Dennoch müssen wir in die Entwicklung von Methanol-Lösungen und Retrofit-Lösungen für kleinere Motoren einsteigen – und das tun wir auch. Wir arbeiten an Lösungen, die die IMO-Vorgaben für Stickstoffoxid-Emissionen erfüllen. Wir haben einige interne Projekte am Laufen. Batterien werden in Zukunft eine Rolle spielen, um Lastspitzen auszugleichen oder auch Geräusche zu vermeiden. Das muss auch auf Fregatten funktionieren. Caterpillar investiert sehr viel in die Elektrik-Abteilung. Des Weiteren haben wir das, was wir „Supervisory Control“ nennen, ein System, das in der Lage ist, aus verschiedenen Energiequellen zu schöpfen – Generator, Batterie, Hauptmotor oder sogar Landstrom – um die Effizienz und Zuverlässigkeit zu verbessern und Emissionen und Betriebsstunden zu reduzieren. Zum Beispiel könnte man einen großen 8-MW-Motor mit niedriger Last laufen lassen oder einen kleinen Motor mit voller Last betreiben, um die effizienteste Betriebsweise zu erzielen.

Welche Innovationen für den maritimen Einsatz gibt es noch?

Ein großes Thema ist Cyber-Sicherheit. Das beginnt beim Auslesen und Analysieren von Daten und geht bis hin zur prädiktiven Wartung. Mit Daten von Hunderttausenden von Motoren, die im Einsatz sind, verschafft uns das einen echten Wettbewerbsvorteil, da jeder einzelne Servicebericht des Motors in die Caterpillar-Datenbank zurückfließt. Und hier kommt auch künstliche Intelligenz ins Spiel. Wir arbeiten mit den verfügbaren digitalen Werkzeugen mit den Kunden besonders im Marinebereich eng zusammen. Auch die Zuverlässigkeit muss anhaltend studiert und überwacht werden, sogar vermeintlich einfache Bauteile oder Anlagen können Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit haben. Wir arbeiten derzeit an einem Programm für unbemannte Einsätze über 365 Tage ohne menschliches Eingreifen in Maschinenräume.

Wenn sie Maschinenräume wartungsarm gestalten, wie sieht es denn mit den Zeiten für Wartung im Hafen aus, passt das mit den Betriebsperioden einer Marine?

Ja, das nennen wir „Global Value Agreements, GVA“, also langfristige Verträge, die es uns ermöglichen, zusammen mit unseren Händlern vorzuplanen, wann die Wartungsintervalle ausgeführt werden müssen und welche Teile benötigt werden. Man muss Ausfallzeiten vermeiden und Verfügbarkeit sichern.

Interview von Stephen Bernard