Freiformbarer und modularer DLR-Wabentank für die CNG Anwendung. 21. November 2013 Augsburg, CCeV-Fachtagung Carbon Composites 2013

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1 Folie 1 Freiformbarer und modularer DLR-Wabentank für die CNG Anwendung. 21. November 2013 Augsburg, CCeV-Fachtagung Carbon Composites 2013 Dipl.-Ing. Diego Schierle Prof. Dr. Horst E. Friedrich DLR Institut für Fahrzeugkonzepte Stuttgart

2 Folie 2 Inhalt 1. Erdgas als Kraftstoff der Zukunft 2. Stand der Technik 3. Konzept des DLR-Wabentanks 4. (Geschichte des DLR-Wabentanks) 5. FVK-Intensives Herstellungsverfahren 6. Wicklung nichtrotationssymmetrischer Behälter 7. Tragfähigkeitsuntersuchung an Monozellertests 8. Verbindungskonzept 9. Robotergestütze 3D-Wicklung 10.Potential des DLR-Wabentanks

3 Folie 3 1. Erdgas als Kraftstoff der Zukunft - NOx und CO2 Reduktion gelten als Megatrends in der Fahrzeugentwicklung THG-Emissionen Well-To-Wheel in g CO2äq/km Quelle: BDEW THG-Emmisionen Benzin Diesel (mit Partikelfilter) Biodiesel (Basis: Raps,...) Erdgas (EU Erdgasmix) 100% Biomethan (bifuel, Mist) E-Mobiliät (EU Strommix) E-Mobiliät (100% Windstrom) Quelle: DENA

4 2. Stand der Technik - Kraftstoff wird in rotationssymmetrischen Behältern gespeichert - Leichtbaustrategie: Werkstoffleichtbau CNG1 CNG2 CNG3 CNG4 Wicklung Keine Umfangswicklung Vollumwickelt Vollumwickelt Gewichtseffizienz 0,95-1,15 kg/l 0,75-0,85 kg/l 0,38-0,68 kg/l Ca. 0,36 kg/l - Einbausituation: Fahrzeugstruktur aus Diesel und Benzinentwicklung Quelle: Erdgas Mobil, Mercedes Benz

5 Folie 5 3. Konzept des DLR-Wabentanks Prinzip: Patentiertes DLR Grundkonzept basierend auf der Nutzung von rechteckigen Zellen (Kraftausgleich) keine Aufnahme radialer Last Aufnahme axialer Last Aufnahme radialer und axialer Last Roving Mehrwert: Bauraumvariabilität im Hochdruckbereich +38% Projekt: Gefördert durch Helmholtz Wabentank vs. Flaschentanks Konzept ausarbeiten Automat. Fertigung und Validierung

6 Folie 6 4. FVK-Intensives Herstellungsverfahren Vorprojekte - Vorprojekt Proof-of-Concept - Prototypische Herstellung - T1: Lasergesinterter Stahl (0,6mm), Flechtschläuche VARI (axiale Last) - T2: Verrohrung außen - T3: Handgewickelt (radiale Last) Projekt - Automatisierte Fertigung - T1: Aluminium (0,5mm), Vollumwicklung nicht rotationssymmetrischer Zellen (axiale Last) - T2: Verrohrung innen - T3: Robotergeführte Wicklung (radiale Last)

7 Folie 7 5. Wicklung nicht rotationssymmetrischer Behälter - Isotensoider Ansatz rotationssymmterischer Behälter (Stand der Technik) Quelle: S. Koussios Isotensoider Ansatz nicht-rotationssymmetrischer Behälter (Ansatz Nr. 1)

8 Folie 8 Proof-of- Concept 5. Wicklung nicht rotationssymmetrischer Behälter Variante 1 Versuch Var. 1 Variante 2 Versuch Var. 2 Variante 3 Versuch Var. 3 Eigenschaft Halbkugel mit S-Schlag Isotensoider Ansatz (IA) im gesamten Oberflächenbereich Eckbereich läuft nach außen hin auf. Rest IA. IA im rotationssymmetrischen Bereich. Ansonsten Tangenten- und Krümmungsstetig Erkenntnis Halbkugel nur für isotrope Werkstoffe Abrutschen und Spleißen des Rovings an der Kante Abrutschen und Spleißen des Rovings an der Kante Erstmalig vollumwickelte nicht rotationssym. Liner

9 Folie 9 6. Tragfähigkeitsuntersuchung mittels Monozellertests Wandstärke Wandstärke Fertigung 500 Geometrie 530bar Druck in bar Gen.1 Gen bar 410bar Zielwert 470bar 200 Undicht u. Kappenversagen bar Erstmalig: Laminatversagen im Schaftbereich und durchgehen dichter Liner März 13 Juni `13 August `13 Oktober`13 November`13 Datum

10 Folie Verbindungskonzept Validiert: - Gewicht 9g - Berstdruck (500bar & 700bar) - Druckzyklen (10bar-250bar Zyklen)

11 Folie Robotergestützte 3D-Wicklung - 2mm maximale Breite bei 500mm Länge (Ausführung in Federstahl) - Roving wird im Werkzeug geführt und an der Ablagestelle durchtränkt - Zur Zeit in Untersuchung

12 Folie Potential des DLR-Wabentanks - Der bauraumadaptive, freiformbare und modulare DLR-Wabentank kann ein Enabler für CNG-Fahrzeuge werden - Kundenvorteil durch die Reichweitenerhöhung - Volumengewinn des Modells +18%; m/v=0,46kg/l Dabei ist die Bauraumadaptivität noch nicht beachtet!

13 Folie 13 Vielen Dank!