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Verstärkungen für Composite Drucktanks

Verbesserung der Speichereffizienz von Wasserstoff Typ 4 Tanks mit FPP

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Composite Drucktanks

Bessere Typ 4 Wasserstofftanks

Die Anzahl der mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge wächst seit Jahren beachtlich. Die Elektrifizierung des Antriebs, verbunden mit aktuellen Beschränkungen der Batterietechnologie, begünstigt vielfältige Anwendungen für den Brennstoffzellen-Antrieb (FCEV – fuel cell electric vehicle), insbesondere im Bereich des Langstreckentransports für LKW, Busse und Züge. Eine der Herausforderungen besteht jedoch darin, den Wasserstoff effizient und sicher im Fahrzeug zu speichern.

Wasserstoff wird typischerweise in Composite Druckbehältern des Typs 4 gespeichert. Der hohe Betriebsdruck erfordert eine erhebliche Menge an Kohlefasern bei der Herstellung der Behälter. Bei einem Nenndruck von bis zu 700 bar verbraucht ein Behälter bis zu 10 kg Kohlenstofffasern für jeweils 1 kg gespeicherten Wasserstoff. Die Kohlefasern eines Hochdruckbehälters machen typischerweise mehr als 50% der Gesamtkosten eines solchen Speichersystems aus.

Für Hersteller von Drucktanks haben wir bei Cevotec eine industrielle Lösung entwickelt, um die Speichereffizienz zu verbessern und die Menge an Kohlenstofffasern bei gleichwertigen mechanischen Eigenschaften um bis zu 15 % zu reduzieren.

Unsere Lösung

Industrielle Anlagen zur automatisierten Verstärkung von Drucktanks

Die Lösung sind Anlagen von Cevotec für das automatisierte Aufbringen von Kohlefaserpatches in den Kuppelbereichen, welche die hochwinkligen Helixlagen (HAHL) in einem typischen Wickelprogramm für Drucktanks ersetzen. Da die Patches genau den Dombereich abdecken und sich – im Gegensatz zu HAHL-Lagen – nicht über den zylindrischen Teil des Behälters erstrecken, werden Material und Gewicht des Behälters sowie die benötigte Fertigungszeit an der Wickelanlage reduziert. Aufgrund des signifikanten Anteils der Kohlefasern an den Gesamtkosten des Tanks amortisieren die erzielbaren Materialeinsparungen die notwendigen Investitionen in Anlagentechnik bereits im ersten oder zweiten Serien-Produktionsjahr – das macht die Investitionsentscheidung für Hersteller einfach.

H2 tank reinforcement production gripper

Vorteile

Ihre Möglichkeiten mit FPP

15% Materialersparnis

20% Verkürzte Zykluszeit

19% Verbesserung der Speichereffizienz

15% Geringeres Gewicht

15% – 20% Kostenersparnis

10 -20 Monate Amortisationszeit

Werte zur Illustration. Das genaue Einsparpotenzial ist vom spezifischen Drucktank abhängig.

Wie es funktioniert

Nachdem Cevotecs SAMBA FPP-System die verstärkenden Faserpatches im Kuppelbereich direkt auf dem Liner aufgebracht hat, wird dieser in den Filament Winding Prozess überführt. Dieser Ansatz benötigt insgesamt weniger Material und Produktionszeit bei der Herstellung des Tanks.

Schritt 1

Automatisierte Tank-Verstärkung

Schritt 2

Filament Winding

Ergebnis

Leichterer Composite Tank

Automatisierte Tank-Verstärkung

  • Standard-Liner werden mit dem SAMBA Produktionssystem von Cevotec verstärkt – direkt auf dem Liner, vollautomatisch, qualitätskontrolliert
  • Einfache Integration in die industrielle Fertigungslinie; keine zusätzliche Nachbearbeitung; automatisiertes Liner-Handling verfügbar

Filament Winding

  • Der verstärkte Liner wird zum Filament Winding transferiert (Nass- oder Towpregwickeln)
  • Der Wickelprozess ist so eingestellt, dass die hochwinkligen Helixlagen weggelassen werden, dadurch verbraucht er weniger Material und ist schneller
  • Der schnellere Wickelprozess erhöht die Gesamtkapazität der Fertigungslinie, was außerdem den ROI und die Produktionswirtschaftlichkeit verbessert

Leichterer Composite Tank

Die Verstärkung des Kuppelbereichs eines Tanks mit Fiber Patch Placement führt zu erheblichen Material-, Gewichts- und Kosteneinsparungen bei gleichwertigen mechanischen Eigenschaften. Die Hersteller benötigen weniger Material für den nachfolgenden Wickelprozess, der nach wie vor der wichtigste Produktionsprozess für diese Tanks ist.

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Composite Tank Reinforcements

Testen und entwickeln Sie Ihre Vision!

Cevotec betreibt in der Nähe von München ein FPP-Kompetenzzentrum zur Entwicklung von automatisierten Legeprozessen für Composite-Strukturen. Neben der Konzeption und Auslegung von Druckbehälterverstärkungen bieten wir FE-Analysen von Tankstrukturen und bei Bedarf die Materialbeschaffung und -konfektionierung an. In unseren Anlagen können wir das Lay-up von Liner-Verstärkungen für Prototypen und Testmuster realisieren. Dies ermöglicht Herstellern, ihre Anwendung in einem risikofreien Projektumfeld zu erproben und zu validieren.

Darüber hinaus bieten wir individuelle Wirtschaftlichkeitsberechnungen für Ihre Anwendung an und beraten Sie bei der Konfiguration von Produktionssystemen, die auf Ihre ganz speziellen Anforderungen zugeschnitten sind.

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Unsere Hardware & Software

Das für die Herstellung von Kuppelverstärkungen optimierte Produktionssystem SAMBA Pro PV ist mit der FPP-spezifischen CAD-CAM-Software ARTIST STUDIO kombiniert, die eine effiziente und automatisierte Laminat- und Maschinendatenerstellung ermöglicht.

System

SAMBA Pro PV

Software

ARTIST STUDIO

SAMBA Pro PV

Cevotec hat ein FPP-Produktionssystem konzipiert, das auf die spezifischen Anforderungen der Verstärkung von Composite Drucktanks ausgerichtet ist. Die flexible Anlage kann eine Vielzahl von Tankgrößen aufnehmen. Zwei Roboter bringen gleichzeitig Patches auf die Kuppelbereiche der Drucktanks auf.

  • 2x 6-Achs-Roboter, Längenvariation möglich
  • Sensorkontrollierter Fertigungsprozess
  • Kompatibel mit einer Vielzahl von Fasermaterialien
  • Flexible, automatisierte Offline-Programmierung mit unserer ARTIST STUDIO Software
  • Fertigungsversuche & Demonstratorenfertigung im Cevotec Technikum verfügbar
Demo anfordern

ARTIST STUDIO

ARTIST STUDIO ist die speziell auf die Fiber Patch Placement Technologie abgestimmte Software-Suite. Sie ermöglicht eine vollständig digitale Prozesskette in der Bauteilentwicklung und unterstützt Ingenieure bei der Erstellung von Patch-Laminaten durch technologiespezifische Lay-up-Funktionen. Das integrierte CAM-Modul programmiert die Roboter des SAMBA-Systems vollautomatisch, basierend auf dem entworfenen Laminat und einem digitalen Zwilling des Produktionssystems.

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„Die Fiber Patch Placement-Technologie hat das Potenzial, die Composite-Industrie zu revolutionieren und hat sofort unser Interesse geweckt. Wir freuen uns, dass wir mit einem dynamischen Technologieführer wie Cevotec zusammenarbeiten können. Die einzigartigen Fiber Patch Placement-Systeme eröffnen der japanischen Industrie neue Automatisierungsmöglichkeiten. Insbesondere der Ansatz von Cevotec, die Konstruktion von Wasserstoffdrucktanks zu optimieren, stößt bei unseren Kunden auf großes Interesse“

Yuichiro Sasaki

Managing Director von Fuji Industries Co., Ltd.

Downloads und weitere Information

Kurze Intro: Composite Drucktank-Verstärkungen

Whitepaper: Pioneering a novel approach for H2 tank production

Whitepaper: Verbesserung der Speichereffizienz von Composite Drucktanks

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