Der Erdgastank und die Mehrfachfunktionen des Tankventils
Damit Erdgasfahrzeuge bei Unfällen und Havarien am CNG-System kein Sicherheitsrisiko durch Austreten des gasförmigen Alternativkraftstoffs darstellen, steckt eine Menge Know-how im Tank und dessen Peripherie. KRAFTHAND erklärt, was der Kfz-Profi darüber wissen sollte.
Bei Fahrzeugen mit serienmäßiger CNG-Anlage befindet sich der Gastank in der Regel am Fahrzeugunterboden, hier an einem Audi A3 g-tron. Bild: Schmidt
Wenn sich eine Technologie durchsetzen will, spielen mehrere Faktoren eine Rolle. Neben den Kosten und dem Nutzen fließt auch die Risikobewertung beim Feststellen der Alltagstauglichkeit mit ein. Übertragen auf den Automobilsektor heißt das: Kommt es zu einem technischen Defekt oder einem Unfall, muss das Gesundheitsrisiko für die Insassen so gering wie möglich ausfallen. Umwelteinflüsse wie Hitze und Kälte, die auf Fahrzeugkomponenten einwirken, dürfen ebenfalls nicht zu unnötigen Gefahren führen.
Um diesen Anforderungen nachzukommen, steht bei Erdgasfahrzeugen der Gastank besonders im Fokus – selbst wenn das stark flüchtige CNG schwerer entzündbar als Benzin oder Diesel ist. Doch anders als die konventionellen Kraftstoffe wird Erdgas mit hohem Druck im Tank gespeichert. Etwa 200 bar beträgt der Betriebsdruck im Tank selbst. Während des Betankungsvorgangs drückt das Erdgas gar mit bis zu 260 bar in den Tank. Einleuchtend, dass deshalb Erdgastanks hochstabil und entsprechend aus hochfesten Materialien gefertigt sein müssen. Außerdem besteht auch an Gasbehälter die Forderung, großer Hitze standzuhalten.
Während CNG-Tanks zunächst lange aus Stahl gefertigt wurden, setzen Hersteller wie Audi heute für ihre CNG-Fahrzeuge bei den Tanks aus Gewichtsgründen auf Faser-Verbundwerkstoffe. Die Druckbeständigkeit wird hier durch den Einsatz hochfester Kohlefasern erreicht. Außerdem besteht die Hülle der Tanks aus mehreren Schichten.
Tankventil mit vielen Funktionen
Doch nicht nur die Tankhülle garantiert Sicherheit beim Betrieb von CNG-Fahrzeugen. Eine sehr wichtige Rolle spielt auch das Tankventil, das in der Regel gleich mehrere sicherheitsrelevante Funktionen vereint. Neben einer manuellen Absperrfunktion sind darin ein Durchflussmengenbegrenzer, eine Thermosicherung und das Tankabsperrventil integriert. Aufgrund dieser Komponenten kann das Erdgas bei einem Defekt an der Gasanlage, einem Unfall oder großer Wärmeeinwirkung kontrolliert aus dem Tank entweichen – und im Fall eines Brands kontrolliert abbrennen. Durch den kontrollierten Gasaustritt sinkt die Gefahr eines Druckanstiegs und letztlich die einer drohenden Explosion rapide. Im Folgenden sind die einzelnen Funktionen des Tankventils detailliert erklärt:
Tankabsperrung: Dabei handelt es sich um ein elektromagnetisches Ventil, das stromlos geschlossen ist und keinen Gasfluss zulässt. Während des CNG-Betriebs ist es durch das Motorsteuergerät geöffnet. Wird vom Erdgas- in den Benzinmodus gewechselt oder der Motor abgestellt, schließt das Ventil automatisch. Dies ist auch der Fall, wenn es zu einem Unfall kommt. Das entsprechende Signal zum Schließen des Ventils bei einem Crash liefert in der Regel das Airbagsteuergerät.
Thermosicherung: Diese ist in dem Flaschenventil integriert, um einem übermäßigen Druckanstieg im Tank bei großer Hitzeeinwirkung vorzubeugen. Dazu befindet sich in der Thermosicherung ein spezielles Schmelzlot, das bei etwa 110 °C zerplatzt. So kann das Erdgas in die Umgebung entweichen und das Bersten des Tanks trotz geschlossenem Tankabsperrventil verhindert werden.
Durchflussmengenbegrenzer: Dieses Sicherheitsventil am Anschluss des Flaschenventils hat die Aufgabe, Erdgas im Havariefall nicht schlagartig austreten zu lassen. Beispielsweise reduziert der Durchflussmengenbegrenzer bei einer gebrochenen Kraftstoffleitung oder einem beschädigten Gasdruckregler den Erdgasaustritt aus dem Tank auf ein Minimum. Somit ist ein kontrollierter Gasaustritt gegeben.
Manueller Absperrhahn: Zusätzlich zum elektromagnetischen Absperrventil verfügt das Tankventil über einen manuellen Absperrhahn, mit welchem der Tank per Hand oder mit einem Werkzeug verschlossen werden kann. CNG-Betrieb ist so nicht mehr möglich. Der Kanal zur Thermosicherung ist allerdings nicht verschlossen, sodass diese Sicherheitsfunktion weiterhin aktiv ist.
Service
Haben Erdgasfahrzeuge ein Verfallsdatum?
Diese Frage taucht immer wieder auf. Die Antwort lautet: Nein. Fakt ist, bei Erdgasfahrzeugen der ersten Generation, die vor 2006 zugelassen wurden, kann nach 15 Jahren die Betriebserlaubnis für die Erdgastanks erlöschen. Dies betrifft jedoch nur eine verschwindend geringe Anzahl an heute noch in Deutschland zugelassenen Fahrzeugen.
Die Technik hat sich in den vergangenen Jahren rapide weiterentwickelt. Das gilt auch für die technische Zuverlässigkeit des gesamten Erdgasantriebs inklusive der Druckbehälter als Tankbehälter. Für Neuwagen, die nach dem 1. April 2006 zugelassen wurden, gilt daher die Richtlinie ECE R 110 für Antriebssysteme mit komprimiertem Erdgas. Laut dieser ist eine erstmalige Überprüfung der Erdgasbehälter frühestens nach zehn Jahren notwendig.
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Die meisten Hersteller geben aber an, dass neben der wiederholenden Sicht- und Dichtigkeitsprüfung im Rahmen der GAP keine weiteren Prüfungen notwendig sind. Erst nach einer Lebensdauer von 20 Jahren ist der Behälter zu verwerfen, was aber in der Regel die Nutzungsdauer der meisten Fahrzeuge deutlich übersteigt.
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