Freiformbarer DLR-Wabentank - Aufbau, Eigenschaften und Charakteristika des CNG-Tanks

Kurzfassung

Erdgas wird aktuell als CNG (Compressed Natural Gas) in zylindrischen Hochdrucktanks gespeichert. Zur effizienteren Nutzung des vorhandenen Bauraums und der damit eingehenden Reichweitenerhöhung bietet die zylindrische Bauweise nur noch eingeschränkt Verbesserungspotenzial. Um dieses Potenzial zu erweitern wird im Forschungsfeld Leichtbau und Hybridbauweisen am Institut für Fahrzeugkonzepte des DLR e.V., durch systematische Anwendung von Leichtbaumethoden eine innovative Bauweise eines Hochdrucktanks entwickelt. Das patentierte Wabentankkonzept, der „DLR-Wabentank“, erzeugt dank der zu erzielenden Freiformbarkeit und der intensiven Nutzung von faserverstärkten Kunststoffen die Möglichkeit neuartiger Bauraumnutzung bei minimaler Gewichtszunahme. Das Konzept besteht darin, dass dünne Aluminiumliner einzeln umwickelt, mit einem innovativen Fügekonzept miteinander verbunden und abschließend mittels eines neuartigen, roboterunterstützten 3D-Wickelverfahrens zum DLR-Wabentank kombiniert werden. Innerhalb des Entwicklungsprozesses wurden systematisch vereinfachte Teilsysteme betrachtet. An einer runden Einzelzelle (Monozeller) wurden die Dehnbarkeit der Schweißnähte und die Tragfähigkeit des Laminats nachgewiesen. Das Verbindungskonzept wurde exemplarisch an einer einzelnen Teilverbindung druckbeaufschlagt und somit verifiziert. Zuletzt erfolgten Versuche des roboterunterstützten 3D-Wickelverfahrens, die anhand eines Kunststoffmodells erfolgreich das Verfahren zeigten. In Ergänzung zur realen Entwicklung wurden FE-Simulationen durchgeführt, um bereits während des Entwicklungsprozesses Erfahrungen bezüglich des Einflusses der Fertigungsschritte auf die Belastbarkeit zu erhalten. Der letzte Schritt der Simulationskette ist eine Berechnung des gesamten Wabentanks zur Verifikation der Gesamtstruktur auf Berstdruck. Der Vortrag bietet einen Einblick in den automatisierten Fertigungsprozess, die nachgewiesenen Eigenschaften und die Herausforderungen und Ergebnisse der Strukturberechnung, mit der das DLR an einem bauraumadaptiven und modularen Hochdrucktank entwickelt.