Flechten - Geeignetes Herstellungsverfahren für faserverstärkte Druckbehälter als Energiespeicher im Automobil?

Transkript

1 1. Mönchengladbacher Flecht-Kolloquium Hochschule Niederrhein, Mönchengladbach Flechten - Geeignetes Herstellungsverfahren für faserverstärkte Druckbehälter als Energiespeicher im Automobil? Michael Lengersdorf Thomas Gries

2 ZIM-Projekt Druckbehälter Flechten Process parameter Prozessparameter Materialparameter Process Flechtsimulation simulation Structural Struktursimulation 2

3 Gliederung Stand der Technik Druckbehälter Vergleich Wickeln Flechten Ermittlung von Flechtparametern Zusammenfassung 3

4 Gliederung Stand der Technik Druckbehälter Vergleich Wickeln Flechten Ermittlung von Flechtparametern Zusammenfassung 4

5 Druckbehälter für die Wasserstoffspeicherung Anforderungen Hohe Speicherdrücke bis zu 700 bar Kosteneffiziente Produktion Crash Performance [Mercedes] 5

6 Klassische gewickelte Druckbehälter Umfangslagen Anschlüsse Liner Kreuzlagen [WHEC] 6

7 Nasswickeln Führungsauge Rotierender Kern Fasern Tränkung 7

8 Simulation der Faserablage beim Wickeln 11 Meridian

9 FE-Modell zur Strukturberechnung Multiple Lagen mit verschiedenen Faserorientierung entsprechende den mechanischen Belastungen Struktursimulation und Prozess-Handling bekannt und etabliert 9

10 Inhalt Stand der Technik Druckbehälter Vergleich Wickeln Flechten Ermittlung von Flechtparametern Zusammenfassung 10

11 Bersttest geflochtener Wasserstoffbehälter Validierung der guten Versagenstoleranz Geflochtener Druckbehälter Gewickelter Druckbehälter [A&P Technology] 11

12 Geflochtener Druckbehälter A&P Technology Drapieren eines Geflechtes Geflochtener FVK-Druckbehälter Defizite [A&P Technology] Faserwinkel im Dom nicht anpassbar Mehrstufiges Verfahren 12

13 Radialflechtmaschine 13

14 Flechten Endkonturnahe Körper in einem Schritt arctan w C r v tu Braiding Flechtmaschine machine a = arctan w r C Flechtfäden Fibers v tu Guiding robot Abzugsroboter Braiding core Flechtkern 14

15 Braiding Angle Flechtwinkel a = arctan w C r v tu 15

16 Wickeln vs. Flechten Wickeln Flechten R sin α = const tan α/r = const (Geodätische Wickeln) (Konstante Geschwindigkeit)

17 Wickeln vs. Flechten Faserwinkel Fibre angle [ ] [ ] Radius [mm] Radius [mm] Wickeln Winding 54,7 54 Flechten Braiding 54,7 54 Wickeln Winding Flechten Braiding 21 Kontur Contour Rotationsachse Rotational Axis [mm] 17

18 Radius [mm] Radius [mm] Vergleich unterschiedlicher Domkonturen- CLT Wickelkontour Wickelkontu r Flechtkontur Flangeradius Flanschradi us Kreis Halbkugelkontour Rotationsachse [mm] Rotationsachse [mm] 18

19 Gliederung Stand der Technik Druckbehälter Vergleich Wickeln Flechten Ermittlung von Flechtparametern Zusammenfassung 19

20 Prozessgrenzen beim Flechten Faserbreite offen geschlossen überlappend open closed jammed 20

21 Bedeckungsgrad Bedeckungsgrad = 1 Bedeckungsgrad < 1 21

22 Prozessgrenzen des Flechtens Abheben des Geflechts vom Flechtkern 22

23 Prozessgrenzen des Flechtens Abrutschen des Geflechts von Dom geschlossenes Geflecht offenes Geflecht 23

24 Modifizierte Domkontur Domkontur für den Flechtprozess Konventionelle Domkontur (Wickeln) 24

25 Flechten in verschiedene Produktionsrichtungen Kurze/keine Anflechtbereiche Überflechten von großen Durchmesseränderungen Beide Richtungen gleich Flechtbedingungen? Maschinenbett Maschinenbett Flechtring Klöppel Faser Flechtring Klöppel Faser Produktionsrichtung Produktionsrichtung 25

26 Einfluss der Zugrichtung des Kerns durch die Maschine - Faserbreite auf Zug überflochten auf Druck überflochten 26

27 Flechtwinkel [ radiant] Flechtwinkelverlauf Radius [mm] Flechtwinkel 66-7 Flechtwinkel um 66 Flechtkern Flechtwinkel konstant Ablegebreite konstant Längsachse [mm] 20 27

28 Flechten auf modifizierter Domkontur 28

29 Gliederung Stand der Technik Druckbehälter Vergleich Wickeln Flechten Ermittlung von Flechtparametern Zusammenfassung 29

30 Zusammenfassung: Flechten von Druckbehältern Zusammenfassung Vorteilhaftes Versagensverhalten durch Ondulation Modifikationen der Domgeometrie nötig Winkelablage kann an Lastfall angepasst werden Offene Fragen: Validierung im Bersttest 30

31 Viele Dank für die Aufmerksamkeit!

32 Kontaktdaten Dipl.-Ing. Michael Lengersdorf Composites Division Head of research group Braiding Institut für Textiltechnik (ITA) of RWTH Aachen University Otto-Blumenthal-Strasse 1, Aachen, Germany Telefon: , Fax: