Komplexität und Kosten beim Design hybrider Kraftstofftanks reduzieren

Die Elektrifizierung beschleunigt sich. Aber sie verläuft nicht linear.

Während batterieelektrische Fahrzeuge weiterhin skaliert werden, bleiben Hybride ein entscheidender Bestandteil des Transformationsprozesses und entwickeln sich rasch weiter. Mild-Hybride, Vollhybride, Plug-in-Hybride und nun auch Extended-Range Electric Vehicles (EREVs) verändern die Antriebskonzepte in globalen Märkten.

Für Konstrukteure von Kraftstofftanks ergibt sich daraus eine Herausforderung. Die ingenieurtechnischen Anforderungen steigen. Höhere Innendrücke. Kompaktere Bauraumanforderungen. Höhere Erwartungen an die Bauteillebensdauer. Und ein beständiger Kostendruck.

Die traditionelle Antwort der Branche waren mehrschichtige, blasgeformte Tanks aus hochdichtem PPolyethylen (HDPE) und Ethylenvinylalkohol (EVOH). Dies ist funktionsfähig, jedoch mit folgenden Kompromissen verbunden:

• Begrenzte Kontrolle der Wandstärkegenauigkeit, was das Gesamtgewicht erhöht
• Höhere Investitionskosten aufgrund der Mehrschichtverarbeitung
• Erhöhtes Leckagerisiko an Verbindungspunkten
• Zusätzliche Komplexität durch nachgelagerte Prozessschritte

Mit zunehmender Elektrifizierung ist dieses Maß an Komplexität nicht mehr langfristig tragbar.

Ein neuer Ansatz für die Leistungsfähigkeit von Hybrid-Kraftstofftanks

Hybrid-Kraftstofftanks arbeiten unter höheren Über- und Unterdruckbedingungen als herkömmliche Kraftstofftanks für Verbrennungsmotoren. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, greifen Konstrukteur:innen häufig auf spritzgegossene Stützsäulen, Halterungen und Prallbleche zurück, um die Struktur zu verstärken und Kraftstoffbewegungen zu dämpfen.

In blasgeformten Mehrschichtsystemen erfordern diese Merkmale häufig zusätzliche Montageschritte, was Kosten, Gewicht und Risiko erhöht.

Spritzguss verändert die Ausgangssituation grundlegend.

Mit unserer Fuel Lock Technology, basierend auf hochentwickelten Polyamiden wie Durethan® Fuel Lock und EcoPaXX® Fuel Lock, ermöglichen wir Monolayer-Kraftstofftanklösungen, die mechanische Leistungsfähigkeit und Barriereeigenschaften in einem einzigen Material vereinen.

Dieser Ansatz bietet die folgenden Vorteile:

• Verbesserte Kontrolle der Wandstärke
• Integrierte Funktionselemente direkt in den Tank einformbar
• Reduzierte nachgelagerte Verarbeitungs- bzw. Montageprozesse
• Vereinfachte Systemarchitektur

Gemeinsam können wir den Entwicklungsansatz für Hybrid-Kraftstofftanks grundlegend überdenken, anstatt lediglich bestehende Lösungen zu optimieren.

Warum EREVs eine neue Kraftstofftankarchitektur erfordern

EREVs schlagen die Brücke zwischen Plug-in-Hybriden und reinen batterieelektrischen Fahrzeugen und bieten eine überzeugende Lösung. Die Antriebsräder werden vollständig durch Elektromotoren angetrieben, während ein kleiner Verbrennungsmotor ausschließlich als Generator zur Batterieladung dient. Der Motor treibt die Räder nie direkt an.

Diese Architektur delBietet ein EV-ähnliches Fahrgefühl für den täglichen Gebrauch und eliminiert Reichweitenangst durch schnelles Nachfüllen. Zudem wird die Antriebstechnik durch den Wegfall eines Getriebes vereinfacht. Dennoch bleibt der Bedarf an einem Kraftstofftank bestehen.

Tatsächlich stellen EREVs spezielle Anforderungen an das Kraftstoffsystemdesign. Die Tanks sind kleiner, der Bauraum ist begrenzter und das Druckmanagement bleibt entscheidend. Gleichzeitig streben OEMs eine Reduzierung der Fahrzeugmasse und der Kosten an, während die Haltbarkeit unter zunehmend vielfältigen Einsatzbedingungen erhalten bleiben muss.

Mit zunehmender Akzeptanz von EREVs – insbesondere in Regionen, die Elektrifizierungsziele mit infrastrukturellen Einschränkungen in Einklang bringen – müssen sich Kraftstofftanklösungen entsprechend weiterentwickeln. Einlagige Polyamid-Systeme bieten einen Ansatz, um diese neuen Anforderungen zu erfüllen, ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand zu verursachen.

Polyamid-Lösungen, die das Tankdesign vereinfachen und verstärken

Fuel Lock Technology comvereint hohe mechanische Eigenschaften mit exzellentem Barriereverhalten in einem einzigen Materialsystem. Im Vergleich zu herkömmlichen HDPE/EVOH-Mehrschicht-Blasformverfahren ermöglichen spritzgegossene Polyamid-Tanks:

• Größere Gestaltungsfreiheit
• Gezielte lokale Verstärkungen an notwendigen Stellen
• Optimale Nutzung des verfügbaren Einbauraums
• Integrierte Strukturelemente in einem Verarbeitungsschritt

Diese Integration reduziert potenzielle Leckagestellen und ermöglicht eine robustere Tankarchitektur. Da wir eng mit OEMs und Tier-1-Lieferanten zusammenarbeiten, unterstützen wir den gesamten Entwicklungsprozess – von CAE-Design und Permeationsprognose über die thermische Stabilitätsanalyse bis zur Applikationsvalidierung.

Nachhaltigkeit, Stabilität und Festigkeit in einem Material

Elektrifizierung umfasst weit mehr als Antriebsstränge – die Wahl des richtigen Werkstoffs ist entscheidend.

EcoPaXX® Fuel Lock bietet eine überzeugende Lösung für intrinsisch salznebelbeständige Tanks in offenen Chassis-Konstruktionen. EcoPaXX® basiert zu 70 % auf biobasiertem Monomer aus Rizinusöl und trägt zur Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks bei, während es eine ausgewogene Kombination aus hoher Kristallinität, geringer Feuchtigkeitsaufnahme und chemischer Stabilität liefert. Das Resultat ist ein Werkstoff, der unter anspruchsvollen automotiven Bedingungen hohe Leistung bietet und zu nachhaltigeren Fahrzeugplattformen beiträgt.

Ein Monolayer-Tank reduziert zudem die Verarbeitungs-komplexität und ermöglicht Gewichtseinsparungen – ein weiterer Beitrag zur Erreichung der fahrzeugseitigen CO₂-Reduktionsziele. Nachhaltigkeit und Performance müssen keine konkurrierenden Prioritäten sein.

Ein neuer, einfacher Weg in die Zukunft

Hybridisierung entwickelt sich weiter – von Mild-Hybriden bis zu EREVs. Kraftstoffsysteme müssen sich daher an neue Architekturen anpassen, ohne unnötige Fertigungskomplexität zu übernehmen.

Bei Envalior unterstützen wir Sie dabei, bestehende Konzepte zu hinterfragenDefinieren Sie Annahmen und entwickeln Sie integrierte, effiziente Kraftstofftanklösungen, die leichter, widerstandsfähiger und einfacher herzustellen sind. Durch die Reduzierung der Komplexität unterstützen wir Sie beim Aufbau intelligenter Systeme, die unter realen Einsatzbedingungen leistungsfähig sind und gleichzeitig Kosten senken.

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