HyCoPE - Hydrogen Composite Pressure Vessel Engineering 4.0

Abstract

Im Rahmen des Verbundprojekts HyCoPE wurden neue Ansätze zur Reduzierung von Kosten und CO₂-Fußabdruck bei der Herstellung carbonfaserverstärkter Wasserstoff-Drucktanks entwickelt. Ziel war es, durch die ganzheitliche Betrachtung von Auslegungs- und Fertigungsprozessketten die Wettbewerbsfähigkeit der Brennstoffzellentechnologie zu erhöhen und so einen Beitrag zur emissionsfreien Mobilität zu leisten. Im Bereich Material wurde mit spuleninfiltrierten TowPregs eine kosteneffizientere und flexiblere Alternative zum Stand der Technik der konventionellen TowPreg-Materialien weiterentwickelt. Dazu wurde ein neuartiges Spulendesign und ein optimierter Infiltrationsprozess entwickelt, mit dem sich erstmals über 900 Meter Material in kurzer Zeit und hoher Qualität herstellen lassen. Parallel entstand ein angepasster Legekopf mit rollenbasierter Führung für die zuverlässige Verarbeitung des Materials. Im Bereich Simulation wurden neuartige Ansätze zur Erstellung von RVEs der Wickelstruktur betrachtet, um reale Material- und Struktureigenschaften in unterschiedliche Skalen von FE-Modellen zu mappen. Darüber hinaus wurde eine Methode zur Simulation von Kompaktierungseffekten entwickelt, die eine Analyse des veränderlichen Faservolumengehalts über die Dicke infolge der Fadenspannung und Lagenorientierung im Faserwickelprozess ermöglicht. Der Ansatz wurde durch Messungen an einem neuartigen Kompaktierungsprüfstand kalibriert und validiert. Zur Reduktion der Unsicherheiten im Fertigungsprozess wurde ein QS-Messsystem entwickelt, das die Erfassung des Faser-Ablagewinkels und weiterer strukturrelevanter Qualitätsmerkmale vor allem im Dombereich ermöglicht und durch eine Schnittstelle die realen Eigenschaften zurück in die Simulationsprozesskette übertragen kann. Das Messsystem wurde im Zuge der Herstellung der finalen Demonstratortanks in HyCoPE unter realistischen Einsatzbedingungen getestet.