Veritas GLEVERLOC Die Rohrverschraubung für Fahrzeuge mit CNG, LPG und H 2 - Veritas AG
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Veritas GLEVERLOC® Die Rohrverschraubung für Fahrzeuge mit CNG, LPG und H2
Verbinden, Dichten und Transportieren – das sind die Funktionen,
die Veritas-Produkte im Automobil übernehmen.
Aber dahinter steckt viel mehr.
Inhaltsverzeichnis
Übersicht der Kraftstoffe 4
Anforderungen an die Verbindung 5
Rohrverschraubung GLEVERLOC® 6
Emissionsgesetzgebung PKW 7
Anwendung im Fahrzeug 8
Typische Leitungen und Materialien 9
Simulation und Prüfung 12
Ausblick 15
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1. Übersicht der Kraftstoffe
CNG LPG
CNG = Compressed Natural Gas = Erdgas. Bedingt durch seine Strukturformel wird LPG = Liquified Petrol Gas = Autogas. LPG ist hauptsächlich ein Gemisch aus
bei der Verbrennung von Erdgas bis zu 30 % weniger CO2 freigesetzt als bei der Ver- Propan und Butan. Ähnlich wie bei CNG verbrennt LPG wegen seiner molekularen
brennung von Benzin oder Diesel. Es handelt sich um einen gasförmigen Brennstoff, Zusammensetzung mit einem geringeren Partikel- und Stickoxydausstoß. Zusätzlich
der anders als die bekannten Kraftstoffe nicht verdüst werden muss. Hieraus ergibt spart die Nutzung eines autogasbetrieben Fahrzeuges durchschnittlich 16 % CO2 im
sich eine saubere Verbrennung ohne Rußpartikel (nicht vollständig verbrannte Kraft- Vergleich zum benzinbetriebenen Fahrzeug ein1.
stoffe) mit einem sehr viel geringerem Stickoxyd-Ausstoß. LPG fällt bei der Förderung von Erdöl an, wird meist jedoch aus wirtschaftlichen
Gründen direkt vor Ort verbrannt (2011 wurden 140 Milliarden Kubikmeter Erdölbe-
Neben der Gewinnung aus fossilen Lagerstätten mit einer bekannten Gesamtkapazität gleitgase abgefackelt2). Zusätzlich ist LPG ein Nebenprodukt bei der Raffinierung von
von etwa 180 Billionen Kubikmeter, die eine statistische Reichweite von 59 Jahren Benzin und Diesel. Der Einsatz von LPG in konventionellen Verbrennungsmotoren ist
darstellen, kann Erdgas auch synthetisiert werden. Dies kann z. B. mit bisher über- einfacher darzustellen als der Betrieb mit Erdgas, da auf Grund der Speicherdrücke
schüssiger Energie aus regenerativen Quellen erfolgen. Dieser Ansatz (Power to Gas) von 10 bar bis 15 bar keine Hochdrucktanks notwendig sind.
wird von Automobilherstellern in Deutschland verfolgt. Solchermaßen betriebene Fahr-
zeuge erreichen rechnerisch einen CO2-Ausstoß von 30 g/km, da zur Herstellung des H2
Erdgases CO2 aus der Atmosphäre entnommen wird. Als weiterer Vorteil ergibt sich
eine bessere Ausnutzung erneuerbarer Energien, da vorhandene Strom-Überkapazi- H2= Wasserstoff liegt in der Umwelt in reiner molekularer Struktur nicht vor. Als
täten sinnvoll als synthetisches Erdgas im vorhandenen Gasleitungsnetz gespeichert Energieträger eignet sich Wasserstoff um die bei der Herstellung (Wasserelektrolyse)
werden können. aufgewendete Energie in einem Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzelle wieder
freizusetzen. Zusätzlich zu den vorhandenen Vorteilen, die Kraftstoffe aus CNG und
Von den Grundzügen her eignet sich jeder Verbrennungsmotor für den Einsatz mit LPG bieten, enthält Kraftstoff aus Wasserstoff keine Kohlenstoffe. Es entstehen bei
Erdgas. Die Umrüstung erfolgt hauptsächlich im Bereich der Einspritzung. Da jedoch der Verbrennung keine klimaschädigenden Gase. Man spricht daher von einem „sau-
Erdgas eine 30 % höhere Klopffestigkeit (Oktanzahl 120) hat als Superbenzin, ließen beren Energieträger“.
sich bei eigens konstruierten Erdgasmotoren erhebliche Steigerungen in der Effizienz
darstellen. 1 Inkl. Start Benzin, Studie HTW Saarland.
2 Quelle Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
4 | Veritas GLEVERLOC®
2. Anforderungen an die Verbindung
Alle vorgenannten Kraftstoffe haben gemein, dass sie bei Raumtemperatur und Veritas hat mit GLEVERLOC® ein Leitungs- und Verbindungssystem entwickelt,
Atmosphärendruck gasförmig vorliegen. Diese Eigenschaft hat zur Folge, dass die das mit Blick auf die Kraftstoffe von morgen die nachhaltige Entwicklung des
Verbrennung sehr viel sauberer erfolgt als bei flüssigen Kraftstoffen. Daher ist eine Individualverkehrs unterstützt.
Abgasnachbehandlung weit weniger aufwändig und kostengünstiger als z. B. bei
einem Dieselmotor.
Veritas GLEVERLOC®
Diese „gasförmigen“ Kraftstoffe erfordern jedoch eine leistungsfähigere Verbindungs-
technik als flüssige Kraftstoffe:
1. Alle Verbindungen müssen gasdicht sein, d. h. die zulässige Leckrate muss
eine Größenordnung geringer sein als bisher.
2. Aus Gründen der Servicefähigkeit ist es erforderlich, diese Verbindungen
mehrfach montierbar auszuführen, um im Servicefall nicht das komplette
Leitungssystem austauschen zu müssen.
3. Im Crashfall darf sich eine solche Verbindung nicht lösen, so dass es nicht zu
einem unkontrollierten Austritt brennbarer Gase unter sehr hohem Druck kommt.
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3. Rohrverschraubung GLEVERLOC®
GLEVERLOC® ist eine Rohrverschraubung, die speziell für gasförmige Medien Bei den Kraftstoffleitungen handelt es sich um Rohr- oder Schlauchleitungen für Fahr-
geeignet ist. Besonders ressourcenschonend ist die Herstellung des Dichtkegels zeuge, die mit gasförmigen alternativen Kraftstoffen wie CNG, LPG, oder H2 betrieben
durch Umformung des Edelstahlrohres. Weitere Klemm- oder Schneidringe sind nicht werden. Je nach Druckstufe kommen Nieder-, Mittel- oder Hochdruckleitungen zur
notwendig. Für den Festsitz ist lediglich eine Überwurfmutter erforderlich. Anwendung. Die Mitteldruckleitungen mit Zulassung bis 30 bar bestehen aus einem
Schlauchanteil mit beidseitig an den Enden adaptierten Rohrverschraubungen aus
Edelstahl. Die Hochdruckleitungen bestehen wegen der Druckstufen bis 260 bar
(CNG) oder bis 700 bar (H2) durchgehend aus Edelstahlrohr. Systembedingt kommen
in einem Fahrzeug mehrere Druckstufen zur Anwendung. Durch die Gewährleistung
sehr niedriger Leckraten von 1*10-6 mbar l/s (He/N2) stellt die Rohrverschraubung
GLEVERLOC® eine ebenso wirtschaftliche wie zuverlässige Lösung dar.
Hauptmerkmale von GLEVERLOC®
• robust
• dauerfest
• crashsicher
• mehrfach verwendbar
• toleranzausgleichend
• wirtschaftlich
Die Leitungen unterliegen der Zulassung nach EU-Richtlinie. Veritas führt die erfor-
derlichen Prüfungen im eigenen Haus durch und erwirkt die Zulassungen mit einem
akkreditierten Partner.
Die Veritas-Kugeldichtung erlaubt Axialversatz von Rohr zu Kupplung ohne Leitungen mit GLEVERLOC® erfüllen die Anforderungen der
Einschränkung der Dichtfunktion. ECE R 110 für Erdgasfahrzeuge und ECE R 67 für LPG-Fahrzeuge.
6 | Veritas GLEVERLOC®
4. Emissionsgesetzgebung PKW Tab. 1: Emissionsgesetzgebung
2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Seit einigen Jahren gibt es im Wesentlichen vier Gesetzgebungen, die in allen Tschechien Euro 5 Euro 6
Frankreich Euro 5 Euro 6
Schwellen- und Industriestaaten in verschieden Ausprägungen zur Anwendung Deutschland Euro 5 Euro 6
kommen. Ungarn Euro 5 Euro 6
Italien Euro 5 Euro 6
Europa
Polen Euro 5 Euro 6
CARB-Gesetzgebung > Kalifornien, ähnliche Grenzwerte gelten in New York, Russland Euro 4 Euro 5
Massachusetts, Connecticut, Vermont, Rhode Island, Maine, New Jersey Slowakei Euro 5 Euro 6
Türkei Euro 5 Euro 6
Großbritannien Euro 5 Euro 6
EPA-Gesetzgebung > restliche USA
Peking Euro 5
China China Euro 4 Euro 5
EU-Gesetzgebung Taiwan Euro 5
Japan / Japan Japan ´09
Korea Süd Korea Euro 5 Euro 6
Japan-Gesetzgebung Mittlerer Osten / Iran Euro 2
Afrika Südafrika Euro 4
Kanada Tier II, Bin 4 Tier II, Bin 2
Die folgende Tabelle zeigt die bindenden Gesetze und deren Inkrafttreten weltweit.
Mexiko - Benzin Euro 4 Euro 5
Nordamerika
USA Tier II, Bin 4 Tier II, Bin 2
USA-Kalifornien LEV III
Argentinien Euro 5
Südamerika Brasilien - LCV Diesel Euro 5 Euro 6
Brasilien - Otto Euro 5 Euro 6
Australien Euro 4
Indien - Hauptstadtregion Euro 4
Indien - Rest Euro 3
Südasien
Indonesien Euro 4
Malaysien Euro 3
Thailand Euro 4
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5. Anwendung im Fahrzeug
Zum Erreichen der gesetzlich vorgeschriebenen Emissionswerte (Tab. 1, S. 7) bringen Um das Voranschreiten dieser umweltschonenden Mobilität aktiv zu unterstützen, hat
die Hersteller immer mehr Fahrzeugmodelle für alternative Kraftstoffe auf den Markt. Veritas die Produktlinie GLEVERLOC® entwickelt.
Außerhalb der Diskussion über rein elektrische Antriebe sind bereits heute Fahrzeuge
mit CNG, LPG und H2 in Serie, die real ihren Beitrag zur Emissionsminderung leisten. Die Abbildung zeigt die spezifischen Baugruppen und deren Position im Fahrzeug.
Erdgastank
Einfüllstutzen
Befüllleitung 4
Niederdruckleitung 4
Magnetventil
Tankverbindungsleitung 4
Lieferumfang Veritas Druckregelventil
Lieferumfang andere Lieferanten
Unterbodenleitung 4 Bild: Volkswagen AG
8 | Veritas GLEVERLOC®
6. Typische Leitungen und Materialien
Hochdruckleitung
Rohr mit angeformtem Bördel aus
durchgehend korrossionsbeständigem,
speziell kaltformbarem Edelstahl.
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Nieder-und Mitteldruckleitung
Die beidseitigen Bördelanschlüsse entsprechen denen der Hochdruckleitung.
Die Abbildung zeigt die Applikation an den Veritas-G-Liner®.
10 | Veritas GLEVERLOC®Product Performance Stettiner Str. 1 - 9
D-63571 Gelnhausen (Germany)
and Data Sheet Phone: +49 (0)6051/821-0
Fax: +49 (0)6051/821-1900
Internet: http://www.veritas-ag.de
Elastomerschlauch Veritas-G-Liner®
Product: Veritas-G-Liner®
Bei der Werkstoffauswahl der Elastomere-Schläuche sind den Anforderungen insbe-
Ultra Low Permeation Gas-Line Hose,
sondere im Hinblick auf Permeation Rechnung zu tragen.
Der Veritas-G-Liner® – ein von Veritas patentierter Schlauch mit entsprechender Sperr-
schicht – ermöglicht eine minimale Permeationsrate, die die EU-Norm ECE R 110
erfüllt.
Barrier Layer Intermediate Layer Reinforcement Cover
THV 500 ECO LT Para-Aramid ECO LT
TECHNICAL PERFORMANCE
Dimensions Burst Pressure Operating Pressure
7.3 x 3.0 mm >150 bar 0 – 30 bar
7.3 x 3.5 mm >150 bar 0 – 30 bar
Temperatures:
Service: < 125°C
Peak: 150°C
Cold Impact: - 50°C
Medium: CNG and LPG
Conductivity: non conductive, optional conductiv
Licensure ECE R110
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Issue: 0 1 2 3 4 5
Date: 11.07.02 26.08.09 Page 1 of 17. Simulation und Prüfung
Leitungen für alternative Kraftstoffe erfordern aufgrund ihrer Anforderungen an Numerische Strömungsmechanik
Gasdichtheit, „hohe Systemdrücke“ und geringe Leckraten spezifische physikalische
Prüfungen. Diese können serienbegleitend oder auch nur in der Entwicklungsphase Computergestützte Strömungsberechnung CFD - Computational Fluid Dynamics
vorgeschrieben sein. Beispielhaft hier die Druckverlustberechnung während der Betankung.
Weiterhin gilt es während der Entwicklung frühzeitig Erkenntnisse über das Verhalten Durch die Anformung des Dichtkegels sind Querschnittsveränderungen im Leitungs-
der Leitungen im Einsatz zu erhalten. Hier werden Tools für computergestützte Strö- system nicht zu vermeiden. Daraus können Druck- und Strömungsverluste entstehen.
mungsberechnungen ebenso verwendet, wie Werkzeuge zur numerischen Simula- Es ist wichtig, diese bereits im laufenden Entwicklungsprozess zu erkennen und
tion von Bauteilspannungen. Damit ist es möglich, noch vor Existieren einer realen weitgehend zu reduzieren.
Leitung Aussagen über z. B. Strömungsverhalten oder Bauteilfestigkeiten zu erhalten.
Um hiervon einen Eindruck zu geben, sind auf den folgenden Seiten einige Werk- Die Bilder zeigen ein vernetztes Modell, wie es für die Strömungssimulation erforderlich ist.
zeuge zur Systemauslegung, Simulation und Prüfung und das für die beschriebenen
Kraftstoffleitungen erforderliche umfangreiche Prüfequipment der Veritas AG auf-
geführt.
Darstellung ohne Rohr und Verschraubung
12 | Veritas GLEVERLOC®Druckverlust beim Tanken
Öffnungsdurchmesser klein Öffnungsdurchmesser groß
Vergrößerung Öffnungsdurchmesser um 0,5 mm
» Reduziert Strömungsgeschwindigkeit um 40 %
» Reduziert Druckverlust um 75 %
| 13Prüfungen
In der Entwicklungsphase sind umfangreiche Prüfungen an den Rohrverschrau-
bungen durchzuführen, um die Funktion über den gesamten Lebenszyklus sicher-
zustellen. Die Prüfungen repräsentieren den Lebenszyklus in zeitlich geraffter Form.
Die Prüfvorgaben resultieren aus gesetzlichen Bestimmungen und Kundenforderun-
gen (Werksnormen und Lastenhefte) und beinhalten typischerweise Tests zu Druck-
wechsel, Vibration (Shaker), Berstdruck und Leckagetests.
Übersicht Prüfmöglichkeiten Veritas AG
Hochdruck-Impulsprüfanlage Temperaturwechselprüfstand mit Schwingeinrichtung
Druckbereich bis 4.000 bar, Prüffrequenz max. 15 Hz, 16 Prüfanschlüsse Temperatureinheit mit elektrodynamischem Shaker, Kammervolumen
1.000 Liter, Kammertemperatur -70 °C bis 180 °C, Druckbereich bis 15 bar
Schwingamplitude +/- 25,6 mm, Frequenz 5 Hz bis 3000 Hz,
Beschleunigung max. 60 g
Berstdruckprüfstand CT-Prüfstand
Druckbereich bis 1.000 bar, Prüfmedium Wasser Computertomograph zur Vermessung von Teilen und zur zerstörungsfreien
Untersuchung von Bauteilen
Helium-Dichtheitsprüfsystem
Nachweisgrenze 10 hoch -7 mbar l/s
14 | Veritas GLEVERLOC®8. Ausblick Abschließend ein Blick auf die Marktentwicklung weltweit. Der Anteil von Fahrzeugen
mit H2 spielt außerhalb Europas nur eine untergeordnete Rolle. Den Großteil machen
Der Anteil von Fahrzeugen mit CNG, LPG und H2 ist im europäischen Markt weiter Fahrzeuge mit Gas-Antrieb aus.
ansteigend.
Produktionszahlen von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen weltweit ohne
Produktionszahlen Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen Deutschland/Europa 2016ff. Europa bis 2023.
Hier: CNG-, LPG-, H2 (Brennstoffzellen)-Fahrzeuge Hier: CNG-, LPG-, H2 (Brennstoffzellen)-Fahrzeuge
Anzahl Fahrzeuge pro Gebiet Anzahl Fahrzeuge pro Gebiet
[Tsd. Stk] [Tsd. Stk]
400 800
360 365
355
345
350 335 700
300 600
270
260
250 230 500
200 400
150 300
100 200
50 100
0 0
2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023
Deutschland Europa ohne Deutschland Europa gesamt Greater China Japan/Korea Middle East/Africa North/South America South Asia (Incl. India)
Quelle: IHS, Juni 2016
Diese Fahrzeugtypen tragen bereits heute zur Emissionsreduzierung auf unseren
Straßen bei. Die Technologien sind in Serie und stehen in fast allen Fahrzeugsegmen-
ten zur Verfügung. Obwohl für unterschiedliche Kraftstoffe konzipiert, können diese
Fahrzeuge den gleichen Veritas-Leitungstyp mit GLEVERLOC® verwenden.
| 15Veritas AG Stettiner Straße 1-9 D-63571 Gelnhausen Tel +49 (0) 6051.821-0 Fax +49 (0) 6051.821-1900 veritas@veritas.ag www.veritas.ag
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