V. Nagaraj, J.P. Hüppauff, T. Pfaff, N. Motsch-Eichmann, J. Hausmann

Moderne Leichtbau-Tanks zur Speicherung von Wasserstoff werden heute schon in Faserverbundbauweise hergestellt (Typ 4-Behälter). Dabei übernehmen ein Liner (Kunststoff oder Metall) die weitgehende H2-Permeationsdichtigkeit und die Faserarmierung (meist Kohlenstofffaser, die im Wickelverfahren aufgebracht wird) die mechanischen Lasten. Durch die Herstellung im Wickelverfahren ergeben sich allerdings hinsichtlich der Geometrie deutliche Einschränkungen. Zum einen kann ein solcher zylindrischer Typ 4-Behälter nicht beliebig klein im Durchmesser werden, da die Fasern am Dombereich des Druckbehälters über eine Wendezone geführt werden müssen, um metallische Lasteinleitungselemente (Bossteile) in die Bauweise zu integrieren und eine ausreichende Tragfähigkeit in axialer Richtung sicherzustellen. Zum anderen müssen solche gewickelten Typ 4-Behälter durch den überwickelten Dombereich geschlossen hergestellt werden, eine nachträgliche Zugänglichkeit zum Innenraum (z.B. zur Wartung oder Systemintegration) kann nicht realisiert werden. Ebenso ist es nicht möglich im Wickelverfahren Fasern rein in axialer Richtung auf dem Behälter zu platzieren, es muss zwingend ein Wickelwinkel eingehalten werden, um die Wendezone im Dombereich realisieren zu können. Wäre es möglich in einem wirtschaftlichen Verfahren sehr schlanke und lange Leichtbau-Tanks herzustellen, die neben den Umfangslagen rein axiale Lagen enthielten, könnten diese zusätzlich als tragende Struktur im Flugzeug verwendet werden, da deren strukturelle Tragfähigkeit im zylindrischen Bereich nicht vollständig ausgenutzt wird. Denkbar ist z.B. die Nutzung der CFK-Tanks als Verstärkungsprofile im Rumpf oder als Holme im Flügel, insbesondere bei Multi-Spar-Bauweisen. Ein weiterer Nachteil gängiger Typ 4-Behälter ist die Notwendigkeit der Herstellung eines Liners, der schon vor dem Wickelprozess die Geometrie des Druckbehälters hat. Nachträgliche geometrische Änderungen (Länge, Durchmesser) der Bauweise bedingen immer die Herstellung eines neuen Liners Es wird ein Konzept für eine neuartige Bauweise eines Tanks vorgestellt, der diese Nachteile überwindet. In umfangreichen numerischen Simulationen konnte gezeigt werden, dass die neuartige Bauweise durch ihren Aufbau mit rein axialen und in Umfangsrichtung aufgebrachten Fasern maximale Leichtbaugüte besitzt und ebenso sehr dünn hergestellt werden kann. Die Ausleitung der Last aus den axialen Lagen im zylindrischen Bereich des Druckbehälters erfolgt lagenweise mit Hilfe der am IVW patentierten "IVW-Krafteinleitung". So werden die metallischen Dombereiche, die sowohl geschlossen als auch geöffnet sein können, lastgerecht integriert. Als Liner fungiert ein in der Länge und im Durchmesser flexibles Metall- oder Kunststoffrohr, das bei Änderungen der Tankgeometrie leicht ersetzt werden kann. Da der Lasteinleitungsbereich für die Menge an axialen Fasern dimensionierend ist, ist im zylindrischen Bereich des Behälters das Potenzial von ca. 40 % zur zusätzlichen Nutzung als strukturelles Bauteil vorhanden. Erste Demonstratoren wurden händisch gefertigt und zeigen im Rahmen von Strukturtests die Eignung als Druckbehälter auf.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2022, Dresden

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2022

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 6 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2022112514595833138250

10.25967/570091

Liquid Hydrogen Storage, Faser-Kunststoff-Verbund (FKV)

Download - Bitte beachten Sie die Nutzungsbedingungen dieses Dokuments: Copyright protected

Nagaraj, V.; Hüppauff, J.P.; et al. (2022): Neuartige strukturintegrierte Wasserstoffspeicher für Luftfahrtanwendungen. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/570091. urn:nbn:de:101:1-2022112514595833138250.

25.11.2022