www.dlr.de 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
www.dlr.de 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
www.dlr.de Folie 3 1. Erdgas als Kraftstoff der Zukunft - NOx und CO2 Reduktion gelten als Megatrends in der Fahrzeugentwicklung 180 160 THG-Emissionen Well-To-Wheel in g CO2äq/km Quelle: BDEW THG-Emmisionen 140 120 100 80 60 40 20 2015 2020 0 Benzin Diesel (mit Partikelfilter) Biodiesel (Basis: Raps,...) Erdgas (EU Erdgasmix) 100% Biomethan (bifuel, Mist) E-Mobiliät (EU Strommix) E-Mobiliät (100% Windstrom) Quelle: DENA
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
www.dlr.de 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: 2012-2014 Gefördert durch Helmholtz Wabentank vs. Flaschentanks Konzept ausarbeiten Automat. Fertigung und Validierung
www.dlr.de 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)
www.dlr.de Folie 7 5. Wicklung nicht rotationssymmetrischer Behälter - Isotensoider Ansatz rotationssymmterischer Behälter (Stand der Technik) Quelle: S. Koussios 2009 - Isotensoider Ansatz nicht-rotationssymmetrischer Behälter (Ansatz Nr. 1)
www.dlr.de 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
www.dlr.de Folie 9 6. Tragfähigkeitsuntersuchung mittels Monozellertests Wandstärke Wandstärke Fertigung 500 Geometrie 530bar Druck in bar 400 300 Gen.1 Gen. 2 350-370bar 410bar Zielwert 470bar 200 Undicht u. Kappenversagen 230-250bar Erstmalig: Laminatversagen im Schaftbereich und durchgehen dichter Liner März 13 Juni `13 August `13 Oktober`13 November`13 Datum
www.dlr.de Folie 10 7. Verbindungskonzept Validiert: - Gewicht 9g - Berstdruck (500bar & 700bar) - Druckzyklen (10bar-250bar 500 000 Zyklen)
www.dlr.de Folie 11 8. 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
www.dlr.de Folie 12 9. 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!
www.dlr.de Folie 13 Vielen Dank!