Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Kraftstofftank

Der Kraftstofftank ist ein Behaelter, in dem Kraftstoff (Gas, Benzin, Diesel..) zum Betrieb eines Verbrennungsmotor gelagert wird. Im Gegensatz zu einem Lagerbehaelter ist der Tank mit der Maschine verbunden.

Kraftstofftanks in einem Schiff werden Bunker genannt, ein Begriff, der noch aus der Dampfschiffzeit mit Kohle als Treibstoff stammt.

Der Kraftstofftank eines Automobils befindet sich im Regelfall aus Sicherheitsgruenden unter den Ruecksitzen oder vor der Hinterachse. Er kann aus Stahl oder Kunststoff hergestellt sein. Kraftstofftanks aus Kunststoff haben den Vorteil, dass sie fertigungsbedingt den Gegebenheiten des Fahrzeugbodens besser angepasst werden können. Durch immer bessere Staehle können auch hiermit komplexe Geometrien erreicht werden. Als Kunststoff wird ein Thermoplast, mit Russ eingefaerbtes HDPE (hoch dichtes Polyethylen), verwendet. Die schwarze Einfaerbung benötigt man, um das HDPE unempfindlicher gegenüber dem Sonnenlicht zu machen.

Siehe auch: Nachtank-Erkennung

Das Herstellverfahren für Kunststoffkraftstoffbehaelter (KKB) ist das Extrusionsblasformen.

Nach der manuellen oder automatischen Entnahme aus dem Werkzeug wird die sogenannte Blase, der Rohling des KKB in eine Kalibrieranlage gelegt. In dieser Anlage haelt man den KKB an den wichtigen Stellen; Anlage- und Montageflaechen; in Form. Während der Abkuehlphase des heissen KKBs wuerde sich sonst eine unkontrollierte Verformung einstellen und der KKB könnte nicht mehr im Fahrzeug montiert werden.

In weiteren Arbeitsschritten schneidet man Loecher, um die Kraftstoffpumpe und den Geber für die Kraftstoffanzeige einzusetzen und Nippel anzuschweissen. Spaene, die in den KKB hineinfallen, sind vor der restlichen Montage zu entfernen. Ausserdem können weitere Bauteile wie Halter, Winkel, Klips und das Einfuellrohr angebracht werden. Nach vollstaendiger Montage der Anbauteile erfolgt eine Dichtheitspruefung, um alle Anschluesse zu kontrollieren.

Betankung

über den Einfüllstutzen und das Einfuellrohr fliesst der Kraftstoff, Benzin oder Diesel, in den Kraftstoffbehaelter. Die darin enthaltene Luft entweicht über einen Nippel durch die Betankungsentlueftung nach aussen. Die Position des Betankungsentlueftungsnippels auf dem Tank muss so sein, dass das Fuellvolumen bei einer 4°-Neigung des Fahrzeuges wärend der Betankung immer gleich bleibt. Ausserdem muss der Querschnitt so ausgelegt sein, dass eine Fuellgeschwindigkeit von 50 Litern pro Minute erreicht werden kann. Dies ist ein Pruefwert verschiedener Automobilhersteller, da die Fuellgeschwindigkeit bei oeffentlichen Zapfsäulen wesentlich niedriger ist.

Wenn der einfliessende Kraftstoff, beziehungsweise davon aufsteigende Blasen, im Einfuellrohr nach oben steigen und die Zapfpistole erreichen, schaltet diese ab, und der Tank ist gefuellt. Deshalb kann man nach dem ersten Abschalten der Zapfpistole immer noch ein wenig nachtanken, da sich die Kraftstoffoberflaeche beruhigt hat und keine weiteren Blasen durch Verwirbelung des einstroemenden Kraftstoffes entstehen.

Betrieb

Um die Ausdehnung des Kraftstoffes bei Erwaermung auffangen zu können, wird entweder der Kraftstoffbehaelter circa 15% - 20 % groesser ausgelegt als das angegebene Fuellvolumen oder es existiert ein zusätzliches, sogenanntes Expansionsvolumen. Bei einem Nennvolumen = Tankinhalt von 60 Litern bedeutet dies ein Volumen des Kraftstoffbehaelters von etwa 70 Litern.

Die Entlueftung des Tankes wärend des Betriebes erfolgt durch die Betriebsentlueftung, auch Kraftstoffverdunstungsanlage genannt, welche einen kleineren Durchmesser als die Betankungsentlueftung hat. Der Betriebsentlueftungsnippel ist im allgemeinen am hoechsten Punkt des Tankes angebracht. Bei der Betankung darf die Betriebsentlueftung nicht geoeffnet sein, da sonst der Tank bis zu seinem maximalen Volumen befuellt werden kann. Durch Sonneneinstrahlung dehnt sich der Kraftstoff aus und könnte bis zum Aktivkohlefilter fliessen und diesen zerstoeren.

Die Betriebsentlueftung führt zum Aktivkohlefilter, um die Kohlenwasserstoffe nicht an die Umwelt gelangen zu lassen. Wie bereits an anderer Stelle erwaehnt, wird der Aktivkohlefilter wärend des Betriebes über ein elektronisch gesteuertes Ventil abhaengig von der Motorsteuerung und den Lastzustaenden des Motors von den angereicherten Kohlenwasserstoffen geleert. Dazu wird die Verbindung zum Kraftstofftank mit dem Ventil verschlossen um dort keinen Unterdruck zu erzeugen. Die Ansaugung der Luft zum Leeren des Aktivkohlefilters erfolgt über eine separate Frischluftoeffnung am Filtergehaeuse. Um zu verhindern, dass bei einem Fahrzeug-ueberschlag Kraftstoff in den Aktivkohlefilter läuft und damit über die Frischluftoeffnung des Filters in die Umwelt austritt, ist in der Leitung ein Roll-Over-Valve, ein ueberschlag-Ventil installiert.

Der Verschluss der Betriebsentlueftung wärend des Betankens erfolgt entweder durch einen mechanischen Hebel, der durch den Tankdeckel betaetigt wird, oder durch das elektronisch gesteuerte Ventil in der Leitung zum Aktivkohlefilter.

Aufgrund immer strenger werdender gesetzlicher Vorschriften, vor allem in den USA und dort im speziellen Kalifornien, muss die Emission von Kohlenwasserstoffen immer weiter reduziert werden. Die Zulassung und somit der Verkauf von Fahrzeugen in Kalifornien haengt von der Emission dieser Kohlenwasserstoffe ab. Dies gilt nicht nur für den Kraftstofftank und der Leitungen, sondern für das Gesamtfahrzeug. Diese Forderungen werden nach und nach auch in Europa bindend, sodass bei der Entwicklung und Herstellung von Kraftstofftanks die Materialauswahl eine zunehmende Rolle spielt.

Der normalerweise verwendete Kunststoff für den Tank, HDPE, ist für Kohlenwasserstoffe auf Molekuelebene durchlässig. Die Anreicherung des HDPE mit Kraftstoff ist auch ein Problem für das Recycling, da sich die Waende des Tanks mit den Kohlenwasserstoffen "vollsaugen". Um dies zu verhindern, gibt es mehrere Möglichkeiten:

Eine moegliche Methode ist das Fluorieren der Tankinnenseite wärend des Aufblasvorganges. Dazu wird der vollstaendig aufgeblasene Tank mit Fluor gespuelt und anschliessend mit Stickstoff vom Fluor gereinigt. Das Fluor bildet eine Schutzschicht auf der Innenseite des Tankes und reduziert die Emission der Kohlenwasserstoffe.

Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Selar. Dies ist die Bezeichnung für eine mechanische Mischung von PE und PA = Polyamid, da sich die beiden Kunststoffe aufgrund ihrer Molekuelstruktur nicht miteinander verbinden lassen. Ein Granulat-Gemisch dieser Kunststoffe wird in den Extruder eingefuellt und somit mechanisch vermischt. PA hat den Vorteil, dass die Kohlenwasserstoffe nicht hindurchdiffundieren und somit auch bei Selar die Diffusion reduziert wird. Man kann sich hierbei die PA- Molekuelketten als eingelagertes Labyrinth im PE vorstellen.

Das heute allgemein verwendete Verfahren für Kunststofftanks ist ein Multilayertank, also Mehrschichttank. Die Wand eines solchen Tankes besteht von aussen nach innen aus schwarzem PE, Haftvermittler, PA, Haftvermittler, Regranulat aus PE und naturfarbenem = weisslichem PE. Den Haftvermittler benötigt man, um eine chemische Verbindung zwischen PE und PA zu erhalten.

Kunststoffkraftstoffbehaelter sind verschiedenartigsten Belastungen ausgesetzt. Um diese bei einer Neuentwicklung zu simulieren, gibt es unterschiedliche Pruefungen, von denen hier zwei exemplarisch beschrieben werden. Speziell für die Überpruefung der oben erwaehnten Kohlenwasserstoffanreicherung und Diffusion gibt es noch eine Reihe weiterer Tests, die sich über mehrere Wochen erstrecken.

Falltest:
Die Blase des KKB wird auf -40° Celsius abgekühlt, dann mit Glycerin zu 2/3 befuellt und von einem Turm auf die Ecken fallen gelassen. Bei diesem Falltest dürfen keine sichtbaren Risse oder Brueche an der Sichtseite des Rohlings auftreten.

Brandtest:
Der komplett montierte Kraftstoffbehaelter wird in ein Fahrzeug eingebaut, meistens nur der Hinterwagen, da ein komplettes Fahrzeug zu teuer waere, und dann für 2 Minuten einem offenen Feuer über einem Rost ausgesetzt. Bei diesem Brandtest dürfen am Tank und Einfuellrohr keine Leckstellen entstehen.