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02 01 01 Ein Elektromotor mit H 2 -Brennstoffzelle erzielt bei den Leistungs- und Betriebsparametern ähnliche Werte wie alternative Verbrennungsaggregate 02 Drucksensoren in H 2 -Antrieben müssen nicht nur als wasserstoffgeeignet zertifiziert, sondern darüber hinaus vor allem für einen Einsatz in Fahrzeugen entwickelt sein PLATZ UND SPEICHERDRUCK ALS ENTSCHEIDENDE KRITERIEN Antriebe mit Brennstoffzellen sind anwendungsbezogen. Ein ausschlaggebendes Kriterium für das jeweilige System ist der zur Verfügung stehende Platz. Ebenso richtungsweisend ist der Speicherdruck: Je höher dieser ausfällt, desto mehr Wasserstoff kann eingefüllt werden und desto größer ist die Reichweite des Fahrzeugs. Bei Pkw ist ein Tankdruck von 700 bar üblich. Bei Bussen, Lastwagen und Gabelstaplern werden bisher i. d. R. Tanks mit einem Druck von 350 bar eingebaut. Doch hier hat mittlerweile ein Umdenken eingesetzt, der Pkw-Standard wird zunehmend auch bei Lkw und Bussen angewandt, um größere Strecken ohne Tankstopp zurücklegen zu können. Alle Systeme und Komponenten für eine sichere Treibstoffversorgung der Brennstoffzellen müssen über eine anwendungsspezifische Zulassung verfügen. Dazu hat die Europäische Union die Verordnung EC79/2009 erlassen, die „Anforderungen für die Typgenehmigung von Kraftfahrzeugen hinsichtlich des Wasserstoffantriebs sowie für die Typgenehmigung von Wasserstoff führenden Bauteilen“. Je nach Funktion einzelner Bestandteile, schreibt die Verordnung eine Reihe von Prüfungen zum Nachweis der H 2 -Tauglichkeit vor, vom Test der Wasserstoffverträglichkeit bei metallischen Werkstoffen (immun gegen Versprödung) bis hin zu Berstdruckprüfungen. Die Richtlinie bezieht sich auf Fahrzeuge zur Personen- oder Güterbeförderung mit einer Zulassung für den öffentlichen Straßenverkehr. Auf Flurförderzeuge, die ausschließlich auf einem Firmengelände betrieben werden, hat sie keine direkten Auswirkungen. Hersteller und Betreiber favorisieren für ihre Stapler dennoch Komponenten mit EC79/2009-Zulassung, da diese Bescheinigung die Betriebssicherheit bestätigt. BESTÄNDIGKEIT GEGEN SCHOCKS UND VIBRATIONEN Bei den Drucksensoren in H 2 -Antrieben, die zur Überwachung des Wasserstoffsystems – vom Tank bis zur Brennstoffzelle selbst – eingesetzt sind, ist das Thema Zulassungen weitreichender. Messgeräte dieser Art wie der Typ MH-3-HY von Wika müssen nicht nur als wasserstoffgeeignet zertifiziert, sondern darüber hinaus vor allem für einen Einsatz in Fahrzeugen entwickelt sein. Das betrifft hauptsächlich den mechanischen Aufbau hinsichtlich Schock- und Vibrationsfestigkeit als auch die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Die Vorgaben für die Beständigkeit gegen Schocks und Vibrationen sind in der Norm IEC 60068-2-27 bzw. IEC 60068-6 festgelegt. Gemäß der geforderten Prüfmethode sind beim MH-3-HY z. B. Werte von 500 bzw. 20 g nachgewiesen, die für mobilhydraulische Applikationen typisch sind und über denen von Standard-Industrietransmittern liegen. Die Bestätigung der EMV hingegen findet gemäß der Richtlinie 72/245/EWG statt. Diese ist in demselben grundsätzlichen Regelwerk wie die H 2 -Verordnung EC79/2009 verankert: in der EU-Richtlinie für Kraftfahrzeuggenehmigungen (2007/46/EC), deren Umsetzung in Deutschland vom Kraftfahrtbundesamt (KBA) kontrolliert wird. Deswegen verfügen Sensoren wie der MH-3-HY über zwei KBA-Kennzeichnungen: „e1“ für die Verwendbarkeit in Wasserstoffsystemen und „E1“ für die EMV. BESCHLEUNIGTER AUSBAU DER INFRASTRUKTUR Die steigende Nachfrage nach H 2 -Nutzfahrzeugen wird den Ausbau der Infrastruktur für Brennstoffzellenmobile beschleunigen – was wiederum der Pkw-Sparte einen Impuls geben dürfte. In Deutschland sind derzeit 100 Wasserstoffstofftankstellen in Betrieb, alle 18 Mobile Maschinen 2020/06 www.mobile-maschinen.info
zwei Wochen kommt eine neue hinzu. Das ist das zurzeit nach Japan zweitgrößte Netz der Welt. Die in der Treibstoffversorgung eingesetzten Drucksensoren müssen wasserstoffbedingten Versprödungen widerstehen und teilweise eine ATEX-Zulassung (Explosionsschutz) vorweisen. Ob stationäre oder mobile Applikation, beim Einsatz von Drucksensoren unter Wasserstoff-Bedingungen müssen Anwender generell den Aspekt Signaldrift beachten. Wasserstoff-Atome diffundieren aufgrund immanenter Fehlstellen im atomaren Metallgitter selbst durch die hochwertigen Stähle, die i. d. R. als Werkstoff für die messstoffberührten Bauteile verarbeitet werden. In den sensitiven Bereichen des Drucksensors können sich die Atome wieder zu H 2 verbinden und dort durch eine Veränderung der Einzelwiderstände zu einer Verstimmung der Wheatstoneschen Messbrücke führen. Das Ergebnis ist ein Offset, eine Signalverschiebung des Sensors. Diese Signaldrift liegt z. B. bei einer Temperaturbedingung von 30 °C im Fall von Wika-Geräten typischerweise pro Jahr bei ≤ 1 % der Spanne. Wer die Tauglichkeit der Geräte in der Anwendung sicherstellen will, sollte einen applikationsspezifischen Test durchführen. Die Signaldrift nimmt mit steigender Temperatur zu. Bei Anwendungen mit höheren Temperaturwerten empfiehlt sich daher ein frontbündiger Sensor mit Wasserstoff-undurchlässiger Goldbeschichtung. FAZIT Die Nachfrage nach Fahrzeugantrieben mit H 2 -Brennstoffzelle steigt weltweit in spürbarem Maß. Den Herstellern der dafür benötigten Komponenten eröffnet sich dadurch ein großes Potenzial. Die Entwicklung von Produkten im Rahmen der internationalen Richt linien wird weiter vorangetrieben. Dabei ist aufgrund der Eigenschaften von H 2 ein applikationsspezifischer Zulassungs- und Validierungsaufwand einzukalkulieren. Bilder: Aufmacher audioundwerbung/stock.adobe.com, 01 Stephen Barnes/ stock.adobe.com, sonstige Wika www.wika.de DIREKTER KONTAKT Christian Wirl, Product Management – OEM Sensor Products, christian.wirl@wika.com WIRTSCHAFTLICH IST NUR, WAS LANGFRISTIG FUNKTIONIERT Die GL-Serie: bis zu 55 % weniger Gewicht als vergleichbare Modelle Pumptechnik von heute für morgen. Vogelsang-Drehkolbenpumpen sind seit jeher auf absolute Funktionalität und Zuverlässigkeit ausgelegt. Profitieren Sie von der längeren Lebensdauer unserer Pumpen, von längeren Standzeiten und einem einfachen und schnellen Service. Noch leichter wird die Arbeit nun mit den getriebelosen Drehkolbenpumpen der neuen GL-Serie. Die Pumpen sind bis zu 35 % kürzer und wiegen bis zu 55 % weniger als vergleichbare Modelle. Das bedeutet mehr Nutzlast, weniger Energiebedarf und noch längere Standzeiten. So geht Wirtschaftlichkeit mit Vogelsang! VOGELSANG – LEADING IN TECHNOLOGY vogelsang.info
