Das Dichtungsprogramm für Industrie- und Agrarmotoren von Elring ist in den letzten Jahren stark gewachsen. Das bisherige eher traditionell ausgerichtete Angebot für die Motorenhersteller, Deutz, MAN und Mercedes-Benz ist nun deutlich erweitert und weitere Hersteller wie Liebherr oder die Hersteller Cummins und Caterpillar sind dazugekommen. Ein gewichtiger Teil der Caterpillar Gruppe ist der Motorenhersteller Perkins, der seit 1997 zu Caterpillar gehört.
Die Treiber der Motorenentwicklung und die Konsequenzen für Motordichtungen
In Europa sind die Abgasvorschriften eigentlich allen geläufig. Euro 6 für PKW und Euro VI für LKW. Aber wie sehen die Vorschriften für Industriemotoren aus? Da Industriemotoren weltweit in den verschiedensten Anwendung stecken, sind die Hersteller mehr oder weniger gezwungen Grundmotoren zu entwickeln die sich an die jeweiligen nationalen und mitunter auch lokalen Vorschriften anpassen lassen. Im On-Road Bereich gibt es im Wesentlichen die Euro Norm, die EPA Norm für Nordamerika und Japan wendet eigene Vorschriften an.
Im Bereich für die Industriemotoren finden sich aber noch etliche Abgasvorschriften mehr. Brasilien hat eigene Vorschriften, dazu kommt noch als großer Markt China und in den schon genannten Ländern auch noch unterschiedliche Stufen, so in Europa EU Stage II bis Stage V.
Was die Auslegung der Motoren und deren Betrieb dann noch weiter beeinflusst ist die weltweit unterschiedliche Qualität des Diesels. Hier entscheidet die Menge des Anteiles von Schwefel im Diesel, gemessen in ppm und die Cetan Zahl. Bei Schwefel kann die Menge von 10 ppm in Europa bis zu 5000 ppm in Brasilien und über 10.000 ppm in vielen Ländern in Afrika oder auch Asien reichen. Die Cetan Zahl in Europa beträgt mindestens 51, wobei die „Super“ Diesel bis zu 60 Cetan aufweisen. In den USA ist Diesel mit einer Cetanzahl von 40 der Standard. Diese beiden Eigenschaft haben Einfluss auf die Verbrennung des Diesel im Zylinder. Die Cetanzahl, also die sogenannte Zündwilligkeit des Diesel hat großen Einfluss auf die korrekte Verbrennung des Diesel. Wenn dies nicht gewährleistet ist, kommt es zu unregelmäßiger Verbrennung, dies führt zu unterschiedlichen Druckspitzen und dies hat Auswirkung auf die sogenannte Dichtspaltschwingung. Diese beschreibt das Abheben des Zylinderkopfes von der Zylinderkopfdichtung bei laufendem Motor. Kompensiert wird die Dichtspaltschwingung mittels einer für den jeweiligen Motor ausgelegten Zylinderkopfdichtung. Wenn dieses 5-10mμ starke Abheben nicht dem entspricht wie die Zylinderkopfdichtung ausgelegt ist, kann dies zu Sickenbrüchen führen mit dem Ergebnis die Dichtung ist nicht mehr dicht. Ein Schaden an der Zylinderkopfdichtung der nicht auf die Zylinderkopfdichtung zurückgeführt werden kann.
Mithin sind alle Zylinderkopfdichtungen von Elring so ausgelegt dass sie weltweit unter verschiedenen Einsatzbedingungen funktionieren.
Als Beispiel seien die Motoren von Perkins genannt. Hier die Serie 1100, die auf verschiedene Vorschriften angepasst werden können, aber immer mit der gleichen Zylinderkopfdichtung ausgerüstet werden. Die Vorschriften lauten:
UN ECE R96 Stage IIIA, China Nonroad Stage III, EU Stage II/U.S. EPA Tier 2 equivalent Non-Certified
Da baugleiche Grundmotoren oftmals in verschiedenen Ländern produziert werden, konnte ElringKlinger mit ausgewiesenem Know-how in Auslegung und Produktion und weltweiter Präsenz in den letzten Jahren seine OE Beteiligung auch im Bereich der Industriemotoren massiv ausweiten. Was selbstverständlich auch die Erweiterung des Angebot für den Ersatzteilmarkt nach sich zieht.
Das aktuelle Elring Programm für Perkins und Caterpillar
Die „1100 Serie“
Die Perkins Motoren 1103 | 1104 und Caterpillar 4.4 8V
Sowohl die Dichtung für den drei Zylinder Motor als auch für den vier Zylinder Motor haben den gleichen Aufbau als vierlagige Zylinderkopfdichtung mit einer Dicke von 1,15mm. Die Sicken in beiden Funktionslagen werden über einen nur 0,2mm starken gebördelten Stopper abgestützt. Die geknickte Mittellage gleicht die doppelte Materialstärke des Stoppers aus. Dieses relative günstige und in vielen Anwendungen erprobte Dichtkonzept garantiert lange Dauerhaltbarkeit.
Aktuell werden von Elring nur die Standartdicken angeboten. Reparaturdicken können auf Anfrage geliefert werden.
Eine Besonderheit weisen diese Dichtungen auf. Das Anzugsschema für die Kopfschrauben.
Nicht wie üblich von innen nach außen, sondern von außen nach innen. Drei von zehn Kopfschrauben sind 25mm länger und werden im Endanzug auch mit größerem Winkel angezogen. Diese wichtige Information wird grundsätzlich zu jeder Zylinderkopfdichtung mitgeliefert.
Die „850 Serie“
Die Perkins Motoren 854E/F und Caterpillar C3.4B FPT und Iveco Motoren F5C/D
Für die Perkins Motoren der 850 Serie mussten zwei verschiedene Zylinderkopfdichtungen entwickelt werden, obwohl Hubraum und Leistung sowie Bohrung und Hub gleich sind. Der Unterschied liegt in der Anzahl der Ventile. Es gibt Motoren mit 8 Ventilen und Motoren mit 16 Ventilen. Um die Freigängigkeit der Ventile zu gewährleisten bedarf es für die 16 Ventil Variante eines leicht eckigen und damit doch ungewöhnlichen Sicken- und Stopperverlaufes. Zudem sind die beiden Dichtungen des 16 Ventil Motors deutlich dicker.
Wenn der Austausch der ZKD ansteht ist präzise auf die genau Motorkennung zu achten.
Eine andere Abdichtung die ebenfalls Aufmerksamkeit verlangt ist der getriebeseitige Kurbelwellenring. Ein sogenannter Kassettenring. Die radiale Abdichtung gegenüber Motoröl findet im Inneren des Wellenrings statt. Die blaue Beschichtung wird als Dichtlack bezeichnet und bildet beim ersten Erwärmen eine zuverlässige Abdichtung gegenüber der Kurbelwelle. Um den Kurbelwellenring gemäß Herstellervorgabe korrekt im Gehäuse zu positionieren sollte in jedem Fall das entsprechende Montagewerkzeug verwendet werden.
Die „1200 Serie“
Die Perkins Motoren 1206E/F und Caterpillar C7.1 24V
Die extrem leistungsstarken Motoren der 1200 Serie verlangen einer Metalllagen Zylinderkopfdichtung alles ab. Für 6 Zylindermotoren in Industrieanwendung finden sich normalerweise immer Metall Elastomerdichtungen. Den Ingenieuren von ElringKlinger ist es in diesem Fall aber gelungen die etwas kostengünstigere Lösung zu entwickeln und natürlich bietet das Unternehmen diese Lösung auch im Ersatzteilgeschäft an. Sollte die Zylinderkopfdichtung getauscht werden, so muss hier ganz besonders auf die Planheit der Oberflächen und die notwendige Rauigkeit der Oberfläche von Motorblock und Zylinderkopf geachtet werden.
Wie schon bei der 1100 Serie ist das Anzugschema der Zylinderkopfschrauben von außen nach innen. Eine wichtige Information die auch zum Lösen der Kopfschrauben wichtig ist.
Für den Caterpillar Motor C7.1 mit Modellreihenmuster JME musste zur Aufnahme der Dichtspaltschwingung zwischen Zylinderkopf und Motoblock noch eine weitere Metalllage vorgesehen werden. Da sich beide Dichtungen verbauen lassen, wurde zusätzlich zu den Artikelnummern auch eine optische Unterscheidung vorgesehen, die dem Mechaniker bei der Identifikation helfen kann. Bei der Produktion wird mittels der unterschiedlichen Außenkontur der Mittellage sichergestellt, dass die korrekte Zylinderkopfdichtung das Werk verlässt.
Motordichtungen, Abgasvorschriften und HVO 100
Zurück zur Qualität von Diesel. Ein viel diskutiertes Thema ist aktuell HVO 100. Was ist das für ein Treibstoff? HVO steht für Hydrotreated Vegetable Oil und ist ein erneuerbarer Kraftstoff der aus nachwachsenden Rohstoffen wie etwa Soja, Palmöl, Raps, aber auch aus gebrauchtem Speiseöl, tierischen Fetten, Biomasse oder Algen gewonnen werden kann. Betrachtet man den Lebenszyklus des Kraftstoffs, so haben erneuerbare Kraftstoffe einen geringeren CO2-Fußabdruck. Erneuerbare Kraftstoffe, die aus Fetten und Ölen gewonnen werden, können durch „Hydrotreating“ hergestellt werden. Das Ergebnis ist ein hochparaffinierter erneuerbarer Diesel, auch hydriertes Pflanzenöl (HVO) genannt, der in Dieselmotoren verwendet werden kann. Da HVO eine Cetan Zahl von 70 besitzt verbrennt dieser Treibstoff sauberer durch weniger Zündverzug und die Verbrennung läuft nicht schlagartig ab, was das typische Nagelgeräusch bei Dieselmotoren verursacht. Sondern der Beginn der Verbrennung beginnt zeitlich etwas vorgezogener und damit harmonischer. Der Motor läuft leiser und geschmeidiger. Aufgrund dieser Vorteile ist ein Einhalten der Abgasvorschrift gegeben. Die hier vorgestellten Motoren und deren Motordichtungen sind HVO 100 fähig. Ein Beitrag, wenn auch kleiner beim weltweiten Klimaschutz durch Elring-Klinger.
