Tipps zur Auswahl hochwertiger Komponenten für CNG-Kraftstoffsysteme

Tipps zur Auswahl hochleistungsfähiger Komponenten für CNG-Kraftstoffsysteme

Paul Hargrave, Transportation Market Manager, Swagelok, und Charles Hayes, Lead New Product Development Engineer, Swagelok

Im Zuge zunehmend strengerer globaler und regionaler Vorschriften zur Reinhaltung der Luft erfreut sich komprimiertes Erdgas (CNG) als ein viel versprechender alternativer Kraftstoff immer größerer Beliebtheit. In einigen Teilen der Welt wurden umfangreiche Anreizprogramme für den Umstieg auf CNG-Antriebe im Schwerlastverkehr geschaffen. Aber auch die zugehörige Infrastruktur zur Betankung spielt eine entscheidende Rolle, um dieser Technologie zum Durchbruch zu verhelfen. Weniger Dieselverbrauch durch Busse, Lkws im Fernverkehr und andere Fahrzeuge trägt erheblich zur Reduzierung der globalen Emissionen bei – ein Umstand, auf den inzwischen auch Regulierungsbehörden und OEMs aufmerksam geworden sind.

Auch immer mehr Flotteneigentümer erkennen das Potenzial dieser Antriebslösung, insbesondere angesichts der steigenden Nachfrage nach nachhaltigen Fahrzeugen und Kraftstoffen in allen Kategorien – von der Mittelklasse bis hin zu Schwerlastfahrzeugen. Laut dem Bericht „The State of Sustainable Fleets, 2019-2020“¹ gehen 83 % aller Flotteneigentümer davon aus, dass künftig in allen Flottenarten vermehrt sauberere Fahrzeuge eingesetzt werden. Eine weitere Erkenntnis des Berichts war, dass innovative Flotten-Vorreiter – neben den potenziellen Kostenvorteilen sauberer Fahrzeuge – die Nachhaltigkeit als größten Pluspunkt betrachten.

Die CNG-Kraftstoffsysteme werden technologisch immer ausgereifter. In Sachen Zuverlässigkeit und Sicherheit darf es dabei keine Kompromisse geben. Es geht um viel. So sind Pendler auf der ganzen Welt auf öffentliche Verkehrsmittel angewiesen. Eine Busflotte mit CNG-Antriebssystem muss daher dieselbe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit bieten wie konventionelle Fahrzeuge.

Aus diesem Grund kommt es bei CNG-Komponenten und den zugehörigen Kraftstoffsystemen auf eine hohe Qualität an. OEMs, die sich die boomende Nachfrage zu Nutze machen wollen, müssen darauf achten, dass sie hochwertige Komponenten beziehen. Vor diesem Hintergrund nennen wir hier einige Aspekte, die in Bezug auf die Auslegung, Konstruktion und Spezifikation von Komponenten für hochwertige CNG-Fahrzeuge wichtig sind.

Herausforderungen im Betrieb.

CNG-Systeme setzen sich aus verschiedensten Verbindungen, Rückschlagventilen, Absperrventilen und anderen Fluidsystemkomponenten zusammen, die in ihrer Gesamtheit dafür sorgen, dass das Gas sicher vom Tank in den Motor gelangt. Ebenso sind auch Tankstellen mit hochwertigen Komponenten auszustatten, um größere Lagereinheiten mit der Zapfstelle zu verbinden, an der die Endverbraucher ihre Fahrzeuge auftanken. Dazu zählen auch Verdichterstationen, die einen Arbeitsdruck von 250 bar für die Fahrzeugbetankung liefern.

All diese Komponenten müssen in der Praxis einer Reihe unterschiedlichster Betriebsbedingungen standhalten, darunter:

Höhere Drücke. Da CNG teilweise bei Drücken von über 275 bar (4000 psi) gelagert wird, müssen alle Komponenten diese hohen Drücke ohne auch nur das geringste Leckagerisiko tolerieren. Die Sicherheit hat dabei höchste Priorität – denn CNG-Leckagen sind mit erheblichen Gefahren verbunden. Insbesondere bei Tankstellen ist der störungsfreie Betrieb ein absolutes Muss, da sie jeden Tag von Endverbrauchern genutzt werden. An hochwertigen Komponenten führt hier kein Weg vorbei.

Thermodynamische Herausforderungen. Bei CNG-Systemen sind im Betrieb auch gewisse thermodynamische Aspekte zu beachten. Da sich das Erdgas bei der Einspeisung in den Motor durch den Druckabfall ausdehnt, fällt die Gastemperatur infolge des Joule-Thomson-Effekts deutlich ab. Alle Teile des Systems müssen diesen Temperaturänderungen standhalten können, auch die Gummi- und Elastomerdichtungen sowie die Metallventile und -verschraubungen. Materialien unzureichender Qualität könnten sich aufgrund der Temperaturschwankungen zusammenziehen oder ausdehnen, was früher oder später womöglich zu Leckagen oder anderen Ausfällen führt.

Chemische Verträglichkeit. Elastomerkomponenten spielen für den zuverlässigen Betrieb von CNG-Systemen eine wichtige Rolle. Die chemische Verträglichkeit ist daher ein wichtiger Faktor bei der Materialauswahl. Ethylenpropylen eignet sich zwar beispielsweise gut für Anwendungen mit niedrigen Temperaturen, verträgt sich aber nicht mit Kohlenwasserstoffen, die in CNG-Systemen mit hoher Wahrscheinlichkeit anzutreffen sind.

Kontinuierliche Vibrationen. Verschraubungen und Verbindungen in CNG-Anwendungen müssen den kontinuierlich auftretenden Vibrationen beim Fahren zuverlässig standhalten können. Eine hohe Vibrationsbeständigkeit der Komponenten ist unverzichtbar. Klemmringverschraubungen sind hier eine gute Wahl. Die Zwei-Klemmringverschraubung stellt durch den doppelten mechanischen Halt eine besonders feste Verbindung dar und verringert selbst bei ständiger Vibration im Betrieb die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Verbindung löst.

Korrosion durch die reguläre Fahrzeugnutzung. CNG selbst verursacht in der Regel zwar keine Metallkorrosion, allerdings sind die Systemkomponenten einer Reihe von umweltbedingten Einflussfaktoren ausgesetzt. Beispielsweise kann das im Winter eingesetzte Streusalz Systemkomponenten ohne angemessenen Korrosionsschutz beschädigen. Edelstähle geringerer Güte mit niedrigem Nickel- und Chromgehalt sind anfälliger für solche Korrosionsprobleme.

Dieses Bündel betrieblicher Anforderungen setzt voraus, dass in CNG-Systemen hochwertige Komponenten aus geeigneten Legierungen verbaut werden, die für eine zuverlässige Leistung, hohe Korrosionsbeständigkeit und gute Dichtheit sorgen. Damit die Materialauswahl gelingt, sind daher ein möglichst umfassendes Verständnis der Anforderungen, werkstoffwissenschaftliches Wissen sowie eine gute Kenntnis der Produkteigenschaften notwendig.

Erfahren Sie mehr darüber, wie Swagelok zur Entwicklung moderner Kraftstoffsysteme beiträgt

Was Sie bei der Auswahl hochwertiger Komponenten beachten müssen.

Der Wettbewerbs- und Innovationsdruck auf dem CNG-Markt steigt. Da können OEMs nicht allein auf hochwertige Produkte setzen, um sich an der Spitze des Marktes zu behaupten. Ausschlaggebend ist auch, den richtigen Anbieter an der Hand zu haben. Hier kommen mehrere Vorteile zum Tragen, darunter:

Effiziente Produktion durch zuverlässige Belieferung. Zur Einhaltung der Produktionspläne ist der rechtzeitige Erhalt benötigter Teile für jeden OEM ein absolutes Muss. Anbieter, die vor Ort einen Bestand an wichtigen Teilen vorhalten können und eng mit Ihnen zusammenarbeiten – und somit sämtliche Produktionsanforderungen umfassend verstehen –, sind ein wichtiger Schlüssel zum Erfolg.

Einfachere Herstellung auch von größeren Produktionsvolumina. Hochwertige Verbindungen lassen sich mit dem richtigen Drehmoment schnell, wiederholbar und leckagefrei festziehen, sodass zuverlässige CNG-Verbindungen jederzeit garantiert sind. Neben Einzelkomponenten bieten einige Anbieter auch vollständige, vorgefertigte Systeme an, die den Weg zum CNG-Kraftstoffsystem abkürzen. Manche Hürde, z. B. unzählige Rohrbögen oder Verbindungen, lässt sich so umgehen. Vorgefertigte und gründlich getestete Ventilbaugruppen etwa beschleunigen die Produktionsprozesse bei OEMs deutlich.

Werkstoffwissenschaftliche Kenntnisse und Erfahrung. Ein zuverlässiger Anbieter ist in der Lage, Sie sowohl mit hochwertigen Komponenten als auch mit umfassendem Wissen zu Metallurgie, Legierungen und zur chemischen Verträglichkeit von Elastomeren zu unterstützen, damit Ihre Systeme zuverlässig Höchstleistungen zeigen.

Immer mehr OEMs setzen auf das Potenzial von CNG-Antriebstechnologien. Da macht sich für Planer und Hersteller die Zusammenarbeit mit einem Anbieter schnell bezahlt, der neben hochwertigen Komponenten auch Dienstleistungen und Support bereitstellen kann.

Sie möchten mehr erfahren? Nehmen Sie noch heute Kontakt mit uns auf und erfahren Sie mehr darüber, wie Sie die Zuverlässigkeit Ihrer CNG-Kraftstoffsysteme und der zugehörigen Infrastruktur steigern können.

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Paul Hargrave ist Transportation Market Manager bei Swagelok und verfügt über umfassende Erfahrung im Bereich der Planung von Kraftstoff- und industriellen Fluidsystemen. Er ist seit mehr als 23 Jahren bei Swagelok tätig und hat bereits in unterschiedlichen Führungspositionen gearbeitet.

Chuck Hayes ist Principal Engineer und arbeitet bereits seit 30 Jahren bei Swagelok. In seiner Laufbahn hat er bei zahlreichen Projekten zur Entwicklung neuer Produkttechnologien federführend mitgewirkt und viele Kunden in unterschiedlichsten Branchen unterstützt.