Metall ersetzen

Kfz-Erdgastanks aus thermoplastischen Composites

Die Kombination verschiedener Technologien ermöglicht die Fertigung gewichtsparender Druckgastanks für Fahrzeuge mit Erdgas- oder Wasserstoffantrieb. Eine Gewichtsreduzierung um bis zu 70 Prozent soll möglich sein.

Druckgastanks des Typs IV aus Kunststoff bieten erhebliche Gewichtseinsparungen gegenüber Stahltanks. Die kommende Generation der Typ V-Tanks soll nochmals leichter werden.

Wasserstoff und Erdgas behaupten ihren Platz im Feld der kostengünstigen Kfz-Kraftstoffe mit guter CO2-Bilanz. Länder, die über größere Erdgasreserven verfügen, wollen sich die Vorteile von CNG zunutze machen, da es als alternativer Kraftstoff die CO2-Emissionen gegenüber bestehenden Benzin- und Dieselsorten um 15 Prozent reduzieren soll.

Ein traditioneller 40-Liter-Druckgastank aus Stahl wiegt rund 60 Kilogramm. Laut Werkstoffhersteller DSM kann ein vergleichbarer Verbundwerkstofftank vom „Typ IV“ mit einem Kunststoff-Liner das Gewicht bis auf 20 Kilogramm drücken. Jede Reduzierung des Fahrzeuggewichts um 10 Kilogramm senke die CO2-Emissionen im Fahrbetrieb um ungefähr 1 g/km.

Der Begriff Typ IV steht für Drucktanks auf der Basis von Kunststoff und Endlosfaserverstärkung – im Gegensatz zu Drucktanks der Typen I, II und III, die Metallkomponenten enthalten. Zur Fakuma 2014 hat DSM einen Tank mit blasgeformtem Liner aus Akulon Fuel Lock vorgestellt, einem PA6-basierten technischen Kunststoff mit hoher Wasserkohlenstoffbarriere. Der Tank kann mit Tape aus duro- oder thermoplastischem Material umhüllt werden, beispielsweise mit dem biobasiertem Ecopaxx PA410.

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Akulon Fuel Lock enthält ein Additiv, das die an sich bereits hohe Gasbarriere von PA6 verbessert und ihm außerdem eine hohe Kälteschlagzähigkeit (bis 60 °C) verleiht. Die hohe Gaspermeation von HDPE-Linern verbietet den Einbau von Verbundwerkstofftanks vom Typ IV mit derartigen Linern in Kraftfahrzeugen. Der alternative Werkstoff als Liner-Material reduziere jedoch die Emissionen im Vergleich zu HDPE um den Faktor 150, sodass dem Einsatz von Typ IV-Verbundwerkstofftanks in Kraftfahrzeugen nichts mehr im Wege stehe.

Das Portfolio von Akulon Fuel Lock wurde um einen Materialtyp erweitert, der sich auch zum Blasformen von Linern großer Drucktanks für Schwerlastfahrzeuge wie Busse und Lastkraftwagen eignet. Die Fertigung von Blasformteilen aus PA6 ist aufgrund der relativ geringen Schmelzefestigkeit des Polymers meist recht schwierig. Das neue Material biete jedoch ausreichend Schmelzefestigkeit, um stabile Vorformlinge für Tanks mit Längen über 2 Meter und präzise kontrollierbaren Wanddicken herzustellen.

Bei aktuellen Druckbehältern vom Typ IV besteht das verstärkende Tape aus Glas- oder Kohlefasern in einem duroplastischen Polymer, wie Epoxidharz oder ungesättigtem Polyester. DSM ist auch aktiv an der Entwicklung der nächsten Generation von Typ V Druckbehältern beteiligt. Diese werden mit einem Tape umhüllt, das aus Endlosfasern in einem thermoplastischen Polymer besteht, wie Ecopaxx PA410 oder einem anderen Polyamid.

Typ V Druckbehälter wiegen rund 70 % weniger als Stahltanks und können noch leichter sein als Ty -IV-Druckbehälter. Sie sind laut Hersteller haltbarer als ihre Pendants aus Stahl, chemikalienbeständiger, unterliegen keiner Korrosion und seien zudem komplett recycelbar. Das Umhüllungsmaterial biete den zusätzlichen Vorteil, dass es von der Erzeugung bis zur Nutzung eine neutrale CO2-Bilanz aufweist, da es vollständig aus erneuerbaren Rohstoffen gewonnen wird.

Der von Covess zur Fertigung von Typ V-Druckbehältern entwickelte Prozess gestatte es, Gewicht, Leistung und Wirtschaftlichkeit durch den Einsatz von Gas-, Kohle- oder Hybridfasern optimal auszubalancieren. Wofür der Verarbeiter sich auch entscheide, es wird in jedem Fall leichter sein als vergleichbare heutige Typ IV-Tanks.

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