Sicherheit geht vor – natürlich auch beim Einsatz des Energieträgers Wasserstoff in Personenzügen. Auf Strecken, wo keine Elektrifizierung vorhanden ist, sorgt der Brennstoffzellenantrieb für emissionsfreie Mobilität.
Ein wichtiges Detail im Wasserstoff-Tanksystem des Zuges ist die Gas Handling Unit (GHU). Die GHU von Argo-Anleg bringt den Wasserstoff von hohem Druck im Tanksystem herunter auf eine Niederdruckstufe für die Nutzung in der Brennstoffzelle. Abgesichert ist die Gas Handling Unit über ein Sicherheitsventil von HEROSE, das speziell für diesen Einsatz entwickelt wurde, und zwar in einem eng gesteckten Zeitrahmen.
Spezialist in Sachen Wasserstofftechnologie: Argo-Anleg
Als Sonderanlagenbauer hat Argo-Anleg viel Erfahrung im Bereich Wasserstoff. In diesem Fall steuert das Unternehmen die Gas Handling Unit für einen Passagierzug bei und begleitet das Projekt schon seit rund zwei Jahren. Der Zug fährt bereits, die Validierung hat stattgefunden und für die Phase des Markteintritts mussten Zulassungen erbracht werden, zum Beispiel für das Sicherheitsventil der GHU. An dieser Stelle kommt HEROSE ins Projekt: mit einem sehr umfangreichen Produktportfolio, mit viel Know-how im Bereich Engineering sowie mit einem leistungsfähigen Prüffeld und Erfahrung in der Produktzulassung.
Die GHU – viel Technik auf kleinstem Raum
Das Wasserstoff-Tanksystem ist unter einer Haube auf dem Zugdach montiert. Der Raum auf dem Dach des Passagierzuges ist begrenzt, daher ist hier eine platzsparende Lösung notwendig. Die Gas Handling Unit von Argo-Anleg vereint verschiedene Komponenten in einem sehr kompakten Bauteil, das nur ungefähr so groß ist wie ein Schuhkarton. Hier sitzen die Ventile, um den Druck von 350 bar des Wasserstoffs im Tanksystem auf etwa 12 bar für die Nutzung in der Brennstoffzelle zu vermindern, und hier befindet sich auch das Sicherheitsventil. Außerdem gibt es elektrische Verbindungen, um die Sensordaten abzufragen und die GHU zu steuern.
Die Gas Handling Unit
Der Hauptteil der Gas Handling Unit ist aus einem Edelstahlblock aus Vollmaterial gefertigt. Darin sind sehr präzise Bohrungen für den Durchgang des Mediums und die Integration von Ventilen. Der Deckel der GHU ist hohl, hier befindet sich die Elektrik mit den außen sitzenden Anschlüssen.
Das Sicherheitsventil
- PED-konform
- gefertigt aus Edelstahl
- mit PTFE-Dichtung
- Einstelldruck von 8 bis 40 bar
- Temperaturbereich von -60 bis +80 °C
Hohe Anforderungen
Die Niederdruckseite der GHU – also letztlich auch die Brennstoffzelle – wird durch ein Sicherheitsventil abgesichert. Sollte zu hoher Druck entstehen, spricht dieses Ventil an und leitet das Medium sicher ab. Der Anforderungskatalog, den Argo-Anleg für das Ventil bei HEROSE präsentierte, war anspruchsvoll: Wasserstoff-geeignete Materialien, ein eng begrenzter Bauraum, ein großer Druckbereich von 8 bis 40 bar und ein straffer Zeitplan. Um die Zusammenarbeit für das gemeinsame Projekt effizient und zeitsparend zu gestalten, wurden wöchentliche Projektmeetings vereinbart.
Die Zusammenarbeit war sehr konstruktiv und das Ergebnis ein voller Erfolg.
Franz-Heinrich Suilmann, Argo-Anleg, Konstruktionsleiter Tanksysteme und Ventile
In wenigen Monaten zum fertigen Sicherheitsventil
Im HEROSE Produktportfolio war schnell ein Ventil identifiziert, das grundlegend für die Entwicklung sein könnte. Allerdings musste dieses Ventil beinahe auf die halbe Größe schrumpfen – seine Leistung aber beibehalten. Der Einsatz von möglichst vielen Gleichteilen aus dem Portfolio wirkt deutlich kostendämpfend. Der Zeitfaktor des Projekts verlangte auch, auf eine bestehende HEROSE-Sicherheitsventil-Zulassung aufzubauen und diese zu erweitern. So kam man innerhalb von wenigen Monaten zu einem fertigen Überströmventil, das in der Phase der Validierung der Technik in der GHU auf den Zügen eingesetzt wurde. Innerhalb von zwei Monaten wurde aus dem Überströmventil ein Sicherheitsventil inklusive Zulassung.
Eine 180-Grad-Kehrtwende und ein Schrumpfungsprozess
Die HEROSE Standard-Sicherheitsventile sind als Eckventile ausgeführt, das heißt, das Medium wird bei Auslösung im 90-Grad-Winkel ausgestoßen. Das im Ventilblock von Argo-Anleg gewünschte Ventil nimmt das Medium von unten auf und leitet es auch nach unten wieder ab – eine Umlenkung um 180 Grad und eine konstruktive Herausforderung. Das Befestigungsgewinde für das Ventil war durch den Ventilblock vorgegeben und die Bauhöhe begrenzt.
Lösungsorientierte Zusammenarbeit und viel Feintuning
Vom Gehäuse wurden bei HEROSE drei Prototypen hergestellt. Es gab aber noch zahlreiche Veränderungen an diversen Details, bis das gewünschte Ergebnis in gemeinsamer Arbeit erzielt wurde und das Überströmventil konstruiert, erprobt und geliefert werden konnte. Jetzt mussten die normativen Anforderungen eines Sicherheitsventils auf das Überströmventil übertragen werden. Hier war Feintuning vom Feinsten gefragt. Es folgten einige Versuchsreihen mit Bauteilveränderungen im Zehntelmillimeterbereich mit diversen Veränderungen an Hubhilferingen und Kegeln. Die zulassungskonforme Funktion und Leistung des Sicherheitsventils wurden auf dem Prüfstand nachgewiesen und vom Sachverständigen abgenommen – ein toller gemeinsamer Erfolg innerhalb kurzer Zeit.
Die neue Generation Wasserstoffzüge
Die Marktreife ist da: Im nächsten Jahr werden wir in Personenzügen fahren, die Wasserstoff als Energieträger nutzen. Gerade in Gebieten, in denen es noch keine Oberleitungen gibt oder sich eine Elektrifizierung nicht rentiert, ist der Brennstoffzellenantrieb die Lösung – durch die Emissionsfreiheit und den leisen Betrieb ist die Antriebsart auch für innerstädtische Gebiete und Naturschutzgebiete interessant.
Leistungsstarke und zukunftssichere Mobilität mit Wasserstofftechnologie
Bei der kalten Verbrennung in der Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, das Ergebnis sind Wärme und elektrische Energie. Die neue Technik macht diese Züge so leistungsfähig wie herkömmliche elektrische Triebzüge. Die Energie wird für das Bordsystem eingesetzt und natürlich zum Betrieb der Elektromotoren für den Antrieb. Akkus als Zwischenspeicher sorgen für ausreichende Energie in allen Fahrsituationen. Der Wasserstoffantrieb hat einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer. Das System ist schnell betankt und lässt den Zug einen ganzen Tag fahren – mit einer Reichweite von bis zu 1000 Kilometern.
Das Unternehmen ist seit über 20 Jahren auf Sonderanlagenbau im Bereich Wasserstoff spezialisiert – von der Konzeptionierung bis zur fertigen Anlage: Wasserstofftankstellen, Wasserstoffsysteme für LKW, Züge und Schiffe. Es entstehen individuelle Speziallösungen Hand-in-Hand mit dem Kunden. Eine Gas Handling Unit für 700-bar-Tanksysteme ist in der Entwicklung.
Foto oben: Siemens Mobility GmbH
