Untersuchungen zu neuen Konzepten für PKW-Kraftstoffbehälter

Zu Beginn des neuen Jahrtausends ist ein weltweit steigendes Bedürfnis nach Mobilität zu verzeichnen, welches wesentlich durch die Nutzung des Automobils bestimmt wird. Seit der Geburtsstunde des Automobils vor rund 120 Jahren hat sich diese Erfindung inzwischen weit verbreitet. Rund 600 Millionen Fahrzeuge fahren derzeit auf den Straßen dieser Welt, mehr als jeder zweite Einwohner der Bundesrepublik Deutschland besitzt einen PKW. Durch die Ausbreitung des Automobils war es unvermeidbar, dass die Belastung der Umwelt und damit des Menschen durch Verkehrsunfälle, Emissionen, Lärm, Energie-, Flächen- und Ressourcenverbrauch immer größer wurde. Der Gesetzgeber erließ in der Vergangenheit zahlreiche Gesetze zum Schutz der Umwelt, welche zum Teil ganz entscheidend die Automobiltechnik beeinflussten. Dabei wurden häufig Standards festgelegt, die mit der zum Zeitpunkt der Gesetzesdefinition vorhandenen Technologie nicht erreichbar waren und die damit Druck auf die Entwicklung neuer Konzepte machten. Der Zwang zur permanenten Anpassung von Produkt und Produktionstechnik an die jeweiligen Rahmenbedingungen war und ist bis heute evident. Ein Gesetz, welches die Reduzierung der den Treibhauseffekt begünstigenden Kohlenwasserstoffemissionen aus Kraftfahrzeugen vorschreibt, ist ein aktuelles Beispiel dafür. Dieses Gesetz schreibt für einen Teil der künftig auf dem US-Markt verkauften Fahrzeuge eine drastische Reduzierung der Kohlenwasserstoffemissionen vor. Da diese Kohlenwasserstoffe zu einem großen Teil aus Ottokraftstoff führenden Bauteilen emittieren, rückt ein bisher wenig beachteter Emissionsvorgang in den Blickpunkt der Betrachtungen - die Permeation von flüchtigen organischen Verbindungen aus dem Kraftstoffbehälter in die Atmosphäre. Zur Einschränkung dieser Permeationsvorgänge und damit zur Einhaltung der Emissionsgesetzgebung werden für die auf dem US-Markt verkauften Fahrzeuge neue Kraftstoffbehälterkonzepte notwendig. Daneben gewinnen wirtschaftliche Produktionstechnologien für diese Kleinserien an Bedeutung. Nicht zuletzt kommt auch dem Leichtbau eine entscheidende Rolle für die Emissionsreduzierung zu. Ein ganzheitlicher Ansatz unter Einbindung der Produktkonstruktion, des Werkstoffes und der Produktionstechnologie wird notwendig. In diesem Spannungsfeld bewegt sich die vorliegende Arbeit. Die Erarbeitung eines ganzheitlichen Überblicks über die wesentlichen Aspekte dieser Thematik im zuvor aufgeführten Kontext sowie technologische Untersuchungen zur Entwicklung eines Kraftstoffbehälters, der die künftigen Emissionsgrenzwerte einhält, sind Gegenstand dieser Arbeit. Hierbei werden die Lösungsmöglichkeiten zur Erfüllung der gesetzlichen Auflagen technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten gegenübergestellt. Insbesondere der Vergleich der technologischen und wirtschaftlichen Eigenschaften von Bauteilen, die mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren hergestellt werden, ist von großem Interesse. Die vorliegende Arbeit entstand aufbauend auf dem von der Studiengesellschaft Stahlanwendung e.V. geförderten Forschungsprojekt "Herstellung eines Kraftstofftanks komplexer Geometrie mit Hilfe der Hydroumformung" [FRIE01a]. Sie soll durch die Verknüpfung theoretischer Grundlagen, die Einbindung innovativer Fertigungstechnik und ökologischer Aspekte sowie Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit einen Beitrag zur Erschließung und Aufbereitung von Expertenwissen auf diesen Gebieten leisten und somit helfen, die Potentiale von verfahrens- und werkstoffgerechter Bauteilauslegung verstärkt zu erkennen.