Projekt Procomp: Vorarbeiten für einen kryogenen Wasserstofftank aus thermoplastischem CFK

Kurzfassung

Das Projekt Procomp hatte sich ursprünglich mit der Entwicklung einer differentiellen Bauweise für den Übergang zwischen einem Feststoff-CFK-Booster-Tank und der Befestigungsschürze (zylindrischer Befestigung an einem Tank) und alternativen Bauweisen des Tankes allgemein für die Ariane 6 beschäftigt. Aus politischen und finanziellen Gründen brach die Firma MT-Aerospace in Augsburg allerdings das CFK-Booster Programm abrupt und ohne Vorankündigung ab und definierte als neues Zielbauteil den kryogenen CFK-Tank der Ariane 6 Oberstufe. Die entsprechenden Arbeiten in diesem Bericht dienen hauptsächlich dazu eine kryogene Kompetenz aufzubauen und Vorarbeiten für die Permeabilitäts-Tests im Projekt „MAKE“ durchzuführen sowie die Unterschiede der Materialfestigkeit zwischen Raumtemperatur- und kryogener Umgebung zu ermitteln. Das Hauptproblem eines reinen kryogenen CFK-Tanks besteht in der Bildung von Mikrorissen während der enormen Abkühlphase (Thermoschock) und der dadurch eingehenden Undichtigkeit gegenüber dem darin befindlichen flüssigen Gas. Die Materialien CF-PEEK und CF-PPS werden in der Literatur häufig als eher Mikroriss-unanfällig dargestellt, weshalb das DLR beschlossen hat in diese Richtung Untersuchungen anzustellen. Die Bauweise soll dabei mit einem Thermoplast-Tapeleger angedacht sein, weshalb auch die Proben damit hergestellt werden. Als Referenz hat man diese im Nachhinein z.T. heißgepresst um entsprechende Fehlstellen vom Tapelegen zu eliminieren. Da mit Mikrorissen trotzdem immer zu rechnen ist, hat sich das DLR mit einer Dichtungs-Schicht innerhalb des Tankes beschäftigt. Diese Dichtungsschicht muss mit dem CFK fest verbunden sein, was – auch speziell auch durch die thermischen Zyklen- eine Herausforderung darstellt. Um diese Verbindung hat sich hauptsächlich das Institut WF in Köln gekümmert und Lösungen gefunden. Die Ergebnisse hierzu werden allerdings hauptsächlich im parallelen Bericht von MAKE behandelt. Das kryogene Testen von Material ist nur in wenigen Test-Einrichtungen möglich, daher hat man sich ebenfalls in diese Thematik eingearbeitet und auch einen entsprechenden kryogenen Testkörper entwickelt sowie sich mit den entsprechenden Test-Maschinen auseinandergesetzt. Parallel zum Projekt Procomp wurde mit der MT-Aerospace das Projekt „MAKE“ durchgeführt, in welchem man die Dichtheit an den Proben untersucht hat. Dazu gibt es einen separaten internen Bericht.