Mit Erdgas oder Wasserstoff angetriebene Fahrzeuge benötigen spezielle Einrichtungen, um diese gasförmigen Kraftstoffe energieeffizient zu speichern. Eine bevorzugte Variante ist die Hochdruckspeicherung. Bislang kommen im Druckbereich bis 20 MPa hauptsächlich schwere Stahlbehälter wegen der niedrigen Preise zur Anwendung. Eine wesentliche Reduzierung des Gewichts erreicht man durch eine Substitution des Metalls durch das Composite mittels Vollumwicklung eines Metallliners (Typ III) bis hin zur Vollumwicklung eines nicht tragenden Kunststoffliners (Typ IV). Magna Steyr entwickelt Composite-Behälter mit nichttragenden Kunststofflinern für alternative gasförmige Kraftstoffe in Personenwagen. Um das Masse-Volumen-Verhältnis von Hochdruckbehältern mit einem Betriebsdruck von 20 MPa unter 0.5 kg/l zu senken, sind Typ-III- oder Typ-IV-Behälter notwendig, wobei Typ-IV-Behälter das größte Potenzial zur Gewichts- und Kostensenkung besitzen. Bei diesen Behältern besteht die Composite-Umwicklung in der Regel aus einem Werkstoffverbund aus Kohlefaser oder einem Fasergemisch und einer duroplastischen Matrix (zum Beispiel Epoxidharz). Die Kohlefaserumwicklung nimmt die hohen Beanspruchungen aus der Innendruckbelastung auf. Ein vorwiegend thermoplastischer Liner übernimmt dabei die Aufgabe einer Permeationssperre für den zu speichernden Kraftstoff. Entsprechend aktueller Regelwerke darf die Permeationsrate einen für den Kraftstoff spezifischen Grenzwert über die gesamte Lebensdauer des Hochdruckbehälters nicht überschreiten. Die Auswahl führt bei den nach dem Stand der Technik vorhandenen thermoplastischen Werkstoffen auf High Density Polyethylene (HDPE) als Kompromiss eines Zielkonfliktes, weil die Erfordernis einer sehr guten Permeationseigenschaft von Kunststoffen gleichzeitig die wichtigen strukturmechanischen Eigenschaften stark beeinträchtigt. Ein wesentliches Potenzial, die Kosten zu senken, liegt in der richtigen Auswahl der Behältergrößen bei optimaler Ausnutzung des maximal verfügbaren Bauraums im Fahrzeug.
Innovative Hochdruckspeicher für den Einsatz im Automobil
Automobiltechnische Zeitschrift - ATZ ; 112 , 3 ; 194-199
2010
6 Seiten, 4 Bilder, 2 Quellen
Article (Journal)
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