Innovatives Brennstoffzellensystem zuverlässig abdichten

Innovatives Brennstoffzellensystem
zuverlässig abdichten
ARTIKEL DER WOCHE

Fotos: VOSS Fluid

Emissionsarm und kosteneffizient: Die Popularität von Wasserstoff als zukunftsfähigem Kraftstoff steigt. Das Startup AE Driven Solutions GmbH aus Aachen möchte entscheidend zur Dekarbonisierung des Mobilitätssektors beitragen. Dazu konzipiert das Unternehmen hybride Brennstoffzellensysteme (BSZ) und betreut Kunden bei der Entwicklung einer entsprechenden Infrastruktur. Auf der Suche nach einem hochdichten Rohrverbindungssystem für die H2-Versorgung im Fahrzeugraum entschied sich das Unternehmen für VOSS Lok 40 von VOSS Fluid.

Ein Beitrag von Marius Schenkelberg, Fachjournalist.

Wasserstoff ist emissionsfrei und wird daher schon lange als der grüne Energieträger der Zukunft gehandelt. In Hinblick auf die aktuelle Klimasituation wundert es daher nicht, dass auf Wasserstoff basierende Antriebe zu einem zunehmend wichtigen Thema im Fahrzeugbau werden. Vor allem der Nutzfahrzeugsektor wird zukünftig vermehrt auf Brennstoffzellensysteme setzen, um emissionsfrei Mobilität und Logistik zu ermöglichen. Deshalb entwickelt die AE Driven Solutions GmbH Brennstoffzellensysteme, integriert diese in Fahrzeuge und optimiert die Systeme für den Einsatzfall. Zudem unterstützt die AE Driven Solutions GmbH interessierte Unternehmen, die Komponenten für Brennstoffzellensysteme entwickeln möchten.

Zu den potenziellen Kunden des Aachener Unternehmens gehören unter anderem Nutzfahrzeug- und Güterverkehrsunternehmen, die daran interessiert sind, ihre vorhandenen Fahrzeuge mit Brennstoffzellensystemen nachzurüsten. Dabei spielt nicht zuletzt die jahrzehntelange Erfahrung des Teams in den Bereichen Brennstoffzellen, H2-Infrastruktur und Kompressortechnologie sowie das nachweisbare Fachwissen im Bereich Elektromobilität eine große Rolle. Kompetenzen bewies Gründer und Geschäftsführer Tobias Reil bereits als Gründungsmitglied der StreetScooter GmbH, die ein bekannter deutscher Hersteller von Elektrofahrzeugen ist.

Das Tanksystem von AE Driven Solutions wird unmittelbar hinter dem Fahrzeugraum installiert.

Brennstoffzelle nach Automotive-Standard

Unter dem Projektnamen H2Range entwickelt die AE Driven Solutions GmbH nach Automotive-Standards. Mit einer Kombination aus ambient betriebener Brennstoffzelle und Batterie erlaubt dieses Konzept einen CO2-neutralen Betrieb mit einer Reichweite von bis zu 400 km. Die Systeme eignen sich insbesondere für mittelschwere Nutzfahrzeuge, Sonderfahrzeuge, Züge, Wasserfahrzeuge und mobile sowie stationäre Notstromaggregate. Gleichzeitig überwinden sie die verschiedenen Schwächen der standardisierten Batterieantriebe sowie Verbrennungsmotoren.

Da die zur Verfügung stehende Energiemenge primär von der Größe des Tanks abhängt, können Brennstoffzellensysteme auch mobile Kühlaggregate versorgen. Das erlaubt beispielsweise den unkomplizierten Transport von kühlungspflichtigen Lebensmitteln und Medizin. Rein batteriebetriebene Kühlfahrzeuge sind dagegen nur schwer realisierbar. Der größte Unterschied zu klassischen Brennstoffzellensystemen ist die Betriebsphilosophie der Systeme aus dem Hause AE Driven Solutions GmbH. Während BSZ-Systeme in bekannten Fahrzeugen hochdynamisch betrieben werden, setzt die AE auf einen Betrieb mit nahezu druckloser Kathodenluft nach dem Range-Extender-Prinzip. Das bedeutet, das System hat nur die Betriebspunkte Volllast, Standby, Aus. Neben der Einsparung von Verdichtungsenergie wird das System hocheffizient, da es auf einen Betriebspunkt hin optimiert wird.

Hochdichte Rohrverbindung für das kleinste Molekül

Die grundlegenden Herausforderungen für auf Wasserstoff basierende Systeme werden deutlich, wenn man sich den Aufbau eines Brennstoffzellensystems anschaut. Hier ist Dichtheit oberstes Gebot, dementsprechend braucht es ein hochdichtes Rohrverbindungssystem. Genau hier liegt die Crux in der Anwendung von Wasserstoff: H2 ist das kleinste Molekül, daher ist es gerade im Bereich der Hochdruckanwendung mit gasförmigem Wasserstoff herausfordernd, eine leckagefreie Verbindung zu gewährleisten. Aufgrund der Vielzahl von Anforderungen hinsichtlich des Mediums H2, beispielsweise einer möglichen Wasserstoffversprödung, werden medienführende Bauteile überwiegend aus Edelstahl verwendet.

Einbaufertige Leitung von VOSS Fluid für den leckagesicheren Transport von Gas bzw. Wasserstoff inklusive VOSS Lok 40 Verbindungssystem.

Hier hat sich das VOSS Lok40 Anbindungssystem als universell für jede Druckstufe einsetzbare Lösung etabliert. Die Vorzüge der maschinell durchgeführten Rohrumformung von VOSS Fluid zeigen sich in höchster Prozesssicherheit, einer Drehmomentmontage mit verkürztem Montageweg und der Eliminierung von Bauteilen zur Reduzierung möglicher Leckagepfade und Kosten.

Schnittstelle zwischen VOSS Lok 40 und Receptacle (Befüllstutzen).

Das Rohrumformsystem VOSS Lok40 von VOSS Fluid bietet eine hohe Montagesicherheit durch das optimale Zusammenspiel von Rohrkontur und Verschraubungsstutzen. Die sichere Drehmomentmontage, die auch wesentliche Vorteile in der Qualitätsendkontrolle und Rückverfolgbarkeit besitzt, beruht dabei auf dem maschinellen Umformprozess mithilfe der speziellen VOSS Lok40 Umformmaschine.

Diese ermöglicht eine einfache Vormontage in nur wenigen Schritten. Die reduzierten Montagewege begünstigen zudem das Arbeiten in engen Bauräumen – speziell in Fahrzeugen. Somit spart das System neben Montagezeit außerdem die Kosten für die Wartung. Das macht VOSS Lok40 nicht nur sicherer, sondern auch kosteneffizienter als die verbreitete Klemmringlösung. Die hohe Dichtheit basiert auf insgesamt drei Bestandteilen: einer konusförmigen Dicht- und Haltekontur, die an das Rohrende geformt wird, einer in der Edelstahlausführung standardmäßig versilberten Überwurfmutter sowie einem Verschraubungskörper. Die Teile sind so aufeinander abgestimmt, dass das feste Anziehen der Mutter die Dichtflächen für eine optimale Leckagesicherheit lückenlos aufeinanderpresst.

Dabei agiert VOSS Fluid nach dem Alles-aus-einer-Hand-Prinzip, da sämtliche Komponenten höchst individuell für den Bauraum und die Anwendung des Kunden ausgelegt sind. Speziell im Bereich Wasserstoff fertigt VOSS direkt einbaufertige, individuell auf den Bauraum und die Anforderungen zugeschnittene Rohrleitungen. Dabei unterzieht VOSS Fluid sämtliche Komponenten einer 100 %-Dichtheitsprüfung und erfüllt höchste Reinheits- und Qualitätsanforderungen.

Zertifizierungen essenziell für den Entscheidungsprozess

Um den hohen Anforderungen des Mediums Wasserstoff gerecht zu werden, sind entsprechende Zertifizierungen maßgeblich für den spezifischen Einsatz des Systems. Dass VOSS Lok40 nachweislich höchste Anforderungen an Montage- und

Leckagesicherheit erfüllt, bestätigen Zertifizierungen der EC79, des DVGW (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V.) und der internationalen Schiffsbau-Klassifikationsgesellschaft DNV-GL. Inklusive der Zulassung durch den TÜV Rheinland hat VOSS Lok 40 damit von den wichtigsten nationalen und internationalen Zulassungsgesellschaften Zertifikate erhalten. Das System dichtet zuverlässig bei Wasserstoffanwendungen bis 700 bar Betriebsdruck und Temperaturen von –40 °C bis +120 °C. Tobias Reil, CEO von AE Driven Solutions, erklärt: „Diese Zertifizierungen waren für unseren Entscheidungsprozess essenziell. VOSS Lok40 erfüllt also nicht nur wichtige Wasserstoffnormen wie EC79. Parallel bringt es uns einen Schritt näher an die internationale Zulassung unserer Systeme.“

Verteilerblock mit unterschiedlichen Anschlussgrößen für die Medienführung.

Fahrzeug-Prototyp noch in diesem Jahr marktreif

Das BSZ-System von AE Driven Solutions hebelt die Probleme der etablierten Antriebstypen gekonnt aus und bietet ein ambientes System mit den Vorteilen aus zwei Welten. Die Herausforderung besteht darin, die Rohrverbindung für den gasförmigen Wasserstofftransport zu optimieren. An diesem Punkt kommt VOSS Lok40 ins Spiel. Das Rohrumformsystem schafft die notwendige Dichtheit für den sicheren Transport des Gases innerhalb des 700-bar-Wasserstofftanksystems. Das System löst die besondere Herausforderung, die durch die Belastungskombination von Druck, Temperatur und Vibration entsteht.

Der Erfolg der Zusammenarbeit zwischen VOSS Fluid und AE Driven Solutions ist kein Zufall. VOSS Fluid begleitet AE Driven Solutions seit einer frühen Phase des Startups. Und die Zusammenarbeit trägt bereits erste Früchte: Das erste Fahrzeug IVECO Daily mit dem BSZ-System wird voraussichtlich Mitte nächsten Jahres auf den Markt kommen.

Catrin ist Redakteurin bei Edelstahl Aktuell. Stahl zieht sich wie ein roter Faden durch ihr Berufsleben. Sie hat eine Ausbildung bei einem Großhändler für Rohr- und Rohrzubehör absolviert und in verschiedenen Funktionen bei einem Hersteller und Lieferanten von Analysegeräten für die Metallindustrie gearbeitet.

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