Tank unter Druck: Fraunhofer LBF entwickelt individuelle Prüftechnik für PKW-Kraftstoffbehälter

Tief verborgen und meist unbeachtet fristen Kraftstofftanks ihr Dasein. Dabei sind sie ein bedeutendes Sicherheits-Feature im Automobil, an das heute immer größere technische Anforderungen gestellt werden. Zudem verschärfen Gesetzgeber regelmäßig die Abgasnormen für Autos, und damit steigen auch die Anforderungen an die gesamte Kraftstoffversorgung. Ein zentraler Ansatzpunkt für Optimierungen sind die Tanks – bei Fahrzeugen des Massenmarktes und auch bei Rennwagen. In seinem aktuellen Supersport-wagen 918 Spyder mit Hybridantrieb setzt Porsche erstmals spezielle Drucktanks ein. Um die Betriebslasten dieser neuartigen Kraftstoffbehälter zu prüfen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und System-zuverlässigkeit LBF die Tanks unter zyklischer Innendruckbelastung untersucht. Wegen des beachtlichen Volumens von 87 Litern und der geringen Prüfdrücke erweiterte das Institut seine Prüfeinrichtungen und entwickelte ein neues Prüfkonzept, das im Zuge der Validierung von Drucktanks erfolgreich eingesetzt werden konnte.

Für die Ermüdungstests entwickelten die Forscher des Fraunhofer LBF ein hoch flexibles Prüfkonzept, das einerseits sehr variabel bei den zu untersuchenden Volumina, unabhängig vom Füllmedium, ist. Andererseits lassen sich Prüfdrücke bis zu ±500 Hektopascal relativ zum Umgebungsdruck einstellen und damit sowohl Über- als auch Unterdrücke erzeugen. Durch den Anschluss externer Klimakammern an den Prüfraum können zusätzlich Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise die Temperatur, simuliert werden, um das Einsatzspektrum des Tanks individuell abzubilden.

Wegen der oftmals komplexen Einbausituation von Kraftstoffbehältern und für eine möglichst realitätsnahe Prüfung hat die isolierte Prüfkammer einen Rauminhalt von zwei Kubikmetern. „Mit dieser speziell auf die Kundenbedarfe ausgerichteten Prüfeinrichtung kann das Fraunhofer LBF den Designprozess von Herstellern parallel mit Versuchen begleiten und die gewonnenen Erkenntnisse können direkt in numerische Design-Ansätze einfließen“, erläutert Daniel Hofferberth, im Fraunhofer LBF zuständig für das neue Prüfkonzept. Wo bislang Prüfvolumen im Bereich von wenigen Millilitern bei Drücken von bis zu 500 Bar möglich waren, steht dem Institut nun dank der neuen Prüfeinrichtung auch ein neues Einsatzgebiet mit Drücken bis zu ±500 Hektopascal für großvolumige Bauteile offen.

In der Prüfumgebung lassen sich sowohl Einzelkomponenten als auch größere, zu einer Baugruppe zusammengefügte Komponenten, zyklisch mit überlagertem Temperaturprofil mit automatisiert ablaufender Druckprüfung und Füllstandsüberwachung untersuchen. Teil der Prüfung ist auch die Überwachung hochbeanspruchter Stellen mittels Dehnungsmessstreifen. Damit können örtliche Beanspruchungen gemessen und ein mögliches Versagen detektiert werden.

Den Betriebslastenversuch an den Drucktanks führte das Fraunhofer LBF auf der Basis der von der Porsche AG zur Verfügung gestellten Prüfvorschrift unter Raumtemperatur und erhöhter Temperatur unter zyklischem Innendruck in einem original Monocoque des Herstellers durch. Über die eigens am Fraunhofer LBF realisierte Prüftechnik freut sich Stefan Rieser, Entwicklung Gesamtfahrzeug Werkstofftechnik der Porsche AG. „Die Validierung des Kraftstoffbehälters im Porsche 918 Spyder konnte erfolgreich durchgeführt werden. Zudem lassen sich die aus dem Prüfstandsversuch gewonnenen Erkenntnisse auf andere Fahrzeugmodelle übertragen und können so die Entwicklungszeit verkürzen.“

Quelle: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF