Prüftechnik für Kraftstoffbehälter mit besonderen Anforderungen Unter Druck - Quality Engineering

Prüftechnik für Kraftstoffbehälter mit besonderen Anforderungen

Unter Druck

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Um Kraftstofftanks mit großen Volumina zu prüfen, hat das Fraunhofer LBF ein spezielles System entwickelt. Die Technologie, die Prüfdrücke von bis zu ±500 Hektopascal ermöglicht, lässt sich neben der Produktentwicklung auch für die Qualitätssicherung nutzen. Anwender ist unter anderem Porsche.
Geringe Prüfdrücke und ein Volumen von 87 l – das sind die Herausforderungen, die der Kraftstofftank des Porsche 918 Spyder an die Prüftechnik stellt. Bei dem Sportwagen mit Hybridantrieb setzt der Autobauer erstmals spezielle Drucktanks ein. Um die Betriebslasten dieser neuartigen Kraftstoffbehälter zu prüfen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) die Tanks unter zyklischer Innendruckbelastung untersucht.
Doch mit den besonderen Anforderungen wurden herkömmliche Technologien nicht fertig. Vor allem das große Fassungsvermögen bereitete Probleme, wie Daniel Hofferberth berichtet, Projektleiter am LBF. So waren nur Prüfvolumen im Bereich von wenigen Millilitern bei Drücken von bis zu 500 Bar möglich.
Hofferberth und sein Team entwickelten daher ein Prüfkonzept, das einerseits sehr variabel bei den zu untersuchenden Volumina ist – unabhängig vom Füllmedium. 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 etwa 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 Designansätze einfließen“, erläutert Hofferberth.
Überwachung mit Dehnungsmessstreifen
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 Grundlage der von Porsche zur Verfügung gestellten Prüfvorschrift unter Raumtemperatur und erhöhter Temperatur unter zyklischem Innendruck in einem originalen Monocoque des Herstellers durch.
„Die Validierung des Kraftstoffbehälters im Porsche 918 Spyder konnte erfolgreich durchgeführt werden“, sagt Stefan Rieser, der bei Porsche für den Bereich Entwicklung Gesamtfahrzeug Werkstofftechnik zuständig ist. „Zudem lassen sich die aus dem Prüfstandsversuch gewonnenen Erkenntnisse auf andere Fahrzeugmodelle übertragen und können so die Entwicklungszeit verkürzen.“
Ziel des Fraunhofer-Instituts war es aber, nicht nur für den speziellen Anwendungsfall bei Porsche eine passende Lösung zu schaffen. „Wir haben ein universelles System entwickelt, das sich für jeden beliebigen Tank einsetzen lässt“, erklärt Hofferberth. Die Prüflösung soll dabei auch mit größeren Anforderungen fertig werden. Will heißen: Es soll möglich sein, auch Tanks mit noch größeren Volumina zu prüfen.
Die Technologie kann laut Hofferberth sowohl in der Produktentwicklung als auch in der Qualitätssicherung verwendet werden. In letzterem Fall lassen sich mit ihr gefertigte Tank stichprobenartig untersuchen.
Neben Porsche hat das Fraunhofer LBF bereits weitere Anwenderunternehmen gefunden, die die Technik einsetzen. Die Investitionssumme für das Prüfkonzept liegt im unteren fünfstelligen Bereich. ■

Der Autor
Markus Strehlitz
Redaktion
Quality Engineering

Webhinweis
Einen Einblick in die Produktion des 918 Spyder gibt dieses Video:
https://goo.gl/UfRfJ8
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