Kabelkonzept Verbindungstechnik: Wasserstoff tanken – aber sicher

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Wo Wasserstoff getankt wird, sind die Sicherheitsanforderungen hoch. Maximator Hydrogen hat gemeinsam mit Lapp eine Vorschlagsliste an Kabeln erarbeitet, die sämtliche technischen Kriterien und Normen für Wasserstofftankstellen erfüllen.

Batterieelektrische Autos gehören in Deutschland zunehmend zum Straßenbild, Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb hingegen wirken noch als echte Exoten. Entsprechend selten sind auch Wasserstoff-Tankstellen. Derzeit gibt es in Deutschland weniger als hundert Orte, wo man das leichte und energiereiche Gas tanken kann.

Der schleppende Ausbau lag nicht nur an der mangelnden Nachfrage, sondern auch an fehlenden Produktionskapazitäten. Das allerdings hat sich geändert. In Nordhausen im thüringischen Harz befindet sich seit Kurzem das größte Werk für Wasserstofftankstellen in Europa. Eigner ist die Maximator Hydrogen GmbH, die dort ihren Stammsitz hat. Das Unternehmen wurde aus der ebenfalls dort ansässigen Maximator GmbH heraus gegründet und steht seit Januar 2022 auf eigenen Beinen.

Die Maximator GmbH hat sich über Jahrzehnte ein Alleinstellungsmerkmal mit Kompressoren und Testständen für Wasserstoff erarbeitet. In den 1990er Jahren stieg das Unternehmen dann in den Bereich der Wasserstofftechnologien ein und entwickelte ab 2017 gemeinsam mit Maximator Advanced Technology (MAT) die ersten Wasserstoffverdichter für Tankstellen. Seit 2018 baut und produziert die Maximator Hydrogen GmbH auch komplette Wasserstofftankstellen und hat mit ihren innovativen Technologien schnell eine führende Stellung in diesem Gebiet erobert.

Maximator Hydrogen realisiert diverse H2-Projekte

Erstes Großprojekt war eine Anlage für die Stadtwerke Wuppertal, die in ihrer Müllverbrennungsanlage nicht nur Strom und Wärme erzeugen wollten, sondern auch Wasserstoff zum Betanken von Bussen. Maximator Hydrogen lieferte die komplette Technik zur Erzeugung, Speicherung und Betankung. Nach dieser ersten Erfahrung als Generalunternehmer ging es Schlag auf Schlag: In Wien tanken inzwischen Busse mit der Technik von Maximator Hydrogen, in der Schweiz ist das Unternehmen bei der ambitionierten H2-Initiative des Landes dabei und liefert Gasbefüllstationen entlang eines Wasserstoff-Highways für die Betankung von Lastkraftwagen.

Noch in 2022 will das Unternehmen bis zu 50 Tankstellensysteme ausliefern, bis 2030 sollen insgesamt 4.000 Anlagen made in Thüringen in Betrieb gegangen sein. Der Erfolg kommt für Marcel Urban nicht überraschend. Urban ist mit seinem Team für die Elektroplanung zuständig ist: „Durch unseren Ursprung und Verbindung zu Maximator greifen wir auf einen hohen Erfahrungsschatz und Expertise in der Hochdrucktechnik und Kompressionstechnologie zurück.“ Das Know-how fließt in die Entwicklung von Komponenten wie etwa Hochdruckkompressoren mit der patentierten Dichtungswechseltechnologie Automatic-Seal-Exchange ein. Urban: „Damit läuft der regelmäßig notwendige Dichtungswechsel im Betankungssystem automatisch und innerhalb von drei Minuten ab, wodurch ungewünschte Stillstandzeiten der Wasserstofftankstelle auf ein Minimum reduziert werden.“

Der Betrieb von Wasserstofftankstellen unterliegt hohen Sicherheitsanforderungen. So müssen auch die elektrischen Verbindungssysteme, die in den Wasserstofftankstellen zum Einsatz kommen, strenge Kriterien erfüllen. Maximator Hydrogen setzt seit Jahren auf Lapp, den Weltmarktführer für integrierte Lösungen in der Kabel- und Verbindungstechnologie. „Es gab nur positive Erfahrungen – deshalb sind Bestellungen bei Lapp einfach gute Gewohnheit“, so Marcel Urban.

Kabelverzeichnis: Schutz vor Nagern, UV-Strahlung, Zündfunken & Co.

Als Maximator Hydrogen anfing, Anwendungen mit hohen Sicherheitsanforderungen zu konstruieren, sah die Zusammenarbeit zunächst wie folgt aus: Lapp übergab eine Vorschlagsliste für die Verkabelung, in der die Produkte aufgeführt sind, die für den jeweiligen Einsatzzweck die gültigen Normen erfüllen. Anschließend planten Marcel Urban und sein Team mit den Kabeln und Leitungen aus dieser Liste und konnten sicher sein, dass am Ende alle Anforderungen erfüllt waren.

Doch mit der Entscheidung, komplette Tankstellen zu bauen, ging das mit einem erweiterten Anforderungskatalog an die Kabel und Leitungen einher. Nun war das Unternehmen auch für die Verkabelung im Außenbereich zuständig, was bisher die Bauherren der Tankstellen übernommen hatten. „Weitere Anforderungen waren unter anderem der Schutz vor Nagetieren und UV-Strahlung, allerdings bestanden die Anforderungen zum Explosionsschutz weiterhin“, so Marcel Urban.

Vor diesem Hintergrund wandte sich das Team an René Beitlich, den zuständigen Account Manager bei Lapp. Bei einem Vor-Ort-Treffen in Nordhausen schauten sich Beitlich und sein Kollege Olaf Westermann aus der Anwendungstechnik von Lapp die Tankstellen an und bewerteten, ob mit den verbauten Kabeln und Leitungen auch im Außenbereich alle Normen eingehalten werden.

In einem Workshop bei Maximator Hydrogen folgte dann noch ein detaillierter Austausch über die notwendigen Sicherheitsanforderungen. Dabei haben die Lapp-Experten in der gemeinsamen Runde eine gezielte Checkliste für den Kunden erstellt und auch Erfahrungen und Auszüge aus Richtlinien für die Betriebssicherheit wie dem Explosionsschutz nach EN1127-1 eingebracht. „Über den reinen Vertrieb unserer Produkte hinaus wollten wir dem Kunden auch die Normenwelt hinter den Zertifizierungen nahebringen.“ Auch das zielt auf den Sicherheitsaspekt.

Ergebnis dieses Prozesses ist eine Anleitung, die zusätzliche Anforderungen an die Kabel und Leitungen aus der Kabelvorschlagsliste beschreibt und diese somit vor den vorherrschenden äußeren Einflüssen schützt, zum Beispiel Nagetierbiss und UV-Strahlung. Diese Liste geht an die Integratoren, die vor Ort die Module der Tankstelle elektrisch miteinander verbinden. „Da gibt es keine Diskussion: Die Integratoren müssen die Produkte von Lapp aus dieser Liste verwenden, weil uns das Sicherheit gibt“, so Urban. Ab und zu kommt es vor, dass sich an abgelegenen Orten kein Integrator findet. Dann übernimmt Maximator Hydrogen selbst den Zusammenbau, wie kürzlich bei einer Tankstelle in Schweden.

Mix unterschiedlicher Leitungen erfüllt Anforderungskatalog

Ein rundes Dutzend unterschiedlicher Leitungen von Lapp steckt nun in den Tankstellen. Eine Schlüsselrolle kommt der Ölflex EB zu, sowohl als geschirmte als auch als ungeschirmte Variante, die eigensichere Stromkreise mit hohem Zündschutz an den Initiatoren der Hochdruckkompressoren verbindet. Weiter dient die Ölflex 400 als Steuerleitung für digitale 24-Volt-Schaltsignale, die geschirmte Variante für analoge Signale mit 4 - 20 mA und 0 - 10 Volt, die Ölflex 550 P versorgt die Beleuchtung und Heizung mit Netzspannung. Daneben gibt es diverse Leitungen zur Datenübertragung wie die Etherline Cat.5e flex für sämtliche Kommunikationsverbindungen zwischen IT-Komponenten und den Modulen sowie Hitronic HQW3000 Lichtwellenleiter für größere Strecken ab 100 Meter, was bei Großprojekten wie etwa in Wien häufiger vorkommt.

Mit dem Ergebnis der Zusammenarbeit zeigen sich beide Seiten sehr zufrieden. Für Marcel Urban gibt es nur ein Fazit: „Auch bei künftigen Projekten wird Lapp wieder mit dabei sein.“

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* Bernd Müller, Freier Journalist im Auftrag von Lapp

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