Tank unter Druck Fraunhofer LBF entwickelt Prüftechnik für Kraftstoffbehälter

Monocoque des Porsche 918 Spyder mit eingebautem Drucktank.
Ausschnitt eines Monocoque des Porsche 918 Spyder mit eingebautem Drucktank.

Porsche setzt im aktuellen Sportwagen 918 Spyder spezielle Drucktanks ein. Um die Betriebslasten dieser Kraftstoffbehälter zu prüfen, hat Fraunhofer die Tanks unter zyklischer Innendruckbelastung untersucht - herausfordernd v.a. wegen Volumina von 87 Liter und der Verwendung geringer Prüfdrücke.

Für Ermüdungstests von Kraftstoffbehältern entwickelten Forscher des Fraunhofer LBF ein flexibles Prüfkonzept, das u. a. variabel in den zu untersuchenden Volumina (unabhängig vom Füllmedium) ist. Außerdem können Prüfdrücke bis ± 500 hPa relativ zum Umgebungsdruck eingestellt werden. Das Prüfsystem ermöglicht damit die Erzeugung von Über- bzw. Unterdruck während der Tests.

Durch Anschluss externer Klimakammern können Umgebungseinflüsse getestet werden, wie z. B. die Simulation unterschiedlicher Temperaturen, um das Einsatzspektrum des Tanks individuell abzubilden.

Wegen der oftmals komplexen Einbausituation von Kraftstoffbehältern in Automobilen und um realitätsnahe Prüfungen zu gewährleisten, hat die isolierte Prüfkammer einen Rauminhalt von 2 m3. Bisher waren die Prüfvolumina im Bereich von einigen Millilitern bei Drücken bis zu 500 bar möglich. Die neue Prüfeinrichtung ermöglicht dem Institut ein Prüfkonzept für großvolumige Bauteile.

„Mit dieser speziell auf die Kundenbedürfnisse 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“, sagt Daniel Hofferberth (Zuständiger des Prüfkonzepts im Fraunhofer LBF).

In der Prüfkammer werden sowohl Einzelkomponenten als auch zu einer Baugruppe zusammengefügte Komponenten untersucht. Die Analyse ist zyklisch und beinhaltet ein Temperaturprofil mit automatisierter Druckprüfung und Füllstandsüberwachung. Auch stark beanspruchte Stellen im Tank werden mittels Dehnungsmessstreifen überwacht. Auf diese Weise können örtliche Beanspruchungen im Kraftstoffbehälter gemessen und mögliche Schwachstellen detektiert werden.

Porsche 918 Spyder als Prüfobjekt

Den Betriebslastenversuch eines Drucktanks führte Fraunhofer LBF auf Basis der von Porsche zur Verfügung gestellten Prüfvorschrift bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur unter zyklischem Innendruck in einem original Monocoque des Herstellers durch.

„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“, sagte Stefan Rieser (Entwicklung Gesamtfahrzeug Werkstofftechnik bei Porsche).