Normaj plat-platformaj tankoj por BEVoj kaj FCEV-oj uzas termoplastajn kaj termosetajn komponaĵojn kun skeleta konstruo, kiu provizas 25% pli da H2-stokado. #Hydrogen #Trends
Post kunlaboro kun BMW montris, ke kuba tanko povus liveri pli altan volumetran efikecon ol multoblaj malgrandaj cilindroj, la teknika Universitato de Munkeno komencis projekton por disvolvi kunmetitan strukturon kaj skaleblan fabrikan procezon por seria produktado. Bildkredito: Tu Dresdeno (Supre) Maldekstre), Teknika Universitato de Munkeno, Sekcio de Karbonaj Komponitoj (LCC)
Elektraj veturiloj (FCEVoj) funkciigitaj per nulo-emisio (H2) hidrogeno provizas aldonajn rimedojn por atingi nulajn mediajn celojn. Pasaĝera aŭto de brulaĵo kun H2-motoro povas esti plenigita en 5-7 minutoj kaj havas gamon de 500 km, sed nuntempe estas pli multekosta pro malaltaj produktaj volumoj. Unu maniero redukti kostojn estas uzi norman platformon por BEV kaj FCEV -modeloj. Ĉi tio nuntempe ne eblas, ĉar la cilindraj tankoj de tipo 4 uzataj por stoki kunpremitan H2 -gason (CGH2) je 700 bar en FCEV -oj ne taŭgas por la subaj bateriaj kupeoj, kiuj estis zorge desegnitaj por elektraj veturiloj. Tamen, premaj vazoj en formo de kusenoj kaj kuboj povas eniĝi en ĉi tiun platan pakaĵan spacon.
Patento US5577630A por "Komponita Konforma Premo -Vazo", apliko prezentita de Thiokol Corp. en 1995 (maldekstre) kaj la rektangula prema ŝipo patentita de BMW en 2009 (dekstre).
La Sekcio de Karbonaj Komponitoj (LCC) de la Teknika Universitato de Munkeno (TUM, Munkeno, Germanio) estas engaĝita en du projektoj por disvolvi ĉi tiun koncepton. La unua estas polimeroj4hidrogeno (P4H), gvidata de la Leoben -Polimera Kompetenta Centro (PCCL, Leoben, Aŭstrio). La LCC -laborpakaĵo estas gvidata de kunula Elizabeth Glace.
La dua projekto estas la hidrogena manifestacio kaj disvolva medio (Hydden), kie LCC estas gvidata de esploristo Christian Jaeger. Ambaŭ celas krei grandskalan pruvon de la fabrikada procezo por fari taŭgan CGH2-benzinujon per karbonaj fibraj komponaĵoj.
Ekzistas limigita volumetra efikeco kiam malgrandaj diametraj cilindroj estas instalitaj en plataj bateriaj ĉeloj (maldekstre) kaj kubaj tipo 2 premaj ŝipoj faritaj el ŝtalaj tegaĵoj kaj karbona fibro/epoksa kompona ekstera ŝelo (dekstre). Bildfonto: Figuroj 3 kaj 6 estas de "nombra dezajno por tipo II prema skatolo -ŝipo kun internaj streĉaj kruroj" de RUF kaj Zaremba et al.
P4H fabrikis eksperimentan kuban benzinujon, kiu uzas termoplastan kadron kun kunmetitaj streĉaj rimenoj/streĉoj envolvitaj en epoksio de karbona fibro. Hydden uzos similan dezajnon, sed uzos aŭtomatan fibran aranĝon (AFP) por fabriki ĉiujn termoplastajn komponaĵojn.
De patenta apliko de Thiokol Corp. al "Kunmetita Konforma Prema Vazo" en 1995 al germana patento DE19749950C2 En 1997, kunpremitaj gasaj ŝipoj "povas havi ajn . Elementoj estas uzataj tiel ke ili povas rezisti la forton de ekspansio de la gaso.
La papero de Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) 2006 priskribas tri alirojn: filamenta vundo konforma prema ŝipo, mikrolata prema vazo enhavanta internan ortoromban kradan strukturon (malgrandaj ĉeloj de 2 cm aŭ malpli), ĉirkaŭitaj de maldika monto H2-conta,, conta, conta,, kaj replikanta ujo, konsistanta el interna strukturo konsistanta el gluitaj malgrandaj partoj (ekz., Hexagonal plastaj ringoj) kaj kunmetaĵo de maldika ekstera ŝela haŭto. Duplikataj ujoj plej taŭgas por pli grandaj ujoj, kie tradiciaj metodoj povas esti malfacile aplikeblaj.
Patento DE102009057170A arkivita de Volkswagen en 2009 priskribas veturilon-muntitan preman ŝipon, kiu provizos altan pezan efikecon dum plibonigo de spaca uzado. Rektangulaj tankoj uzas streĉajn konektilojn inter du rektangulaj kontraŭaj muroj, kaj la anguloj estas rondigitaj.
La supraj kaj aliaj konceptoj estas cititaj de Gleiss en la papero "Proceza Disvolviĝo por Kubaj Premaj Vazoj kun Streĉaj Baroj" de Gleiss et al. ĉe ECCM20 (26-30 junio 2022, Lausanne, Svislando). En ĉi tiu artikolo, ŝi citas TUM -studon publikigitan de Michael Roof kaj Sven Zaremba, kiu trovis, ke kuba prema ŝipo kun streĉaj streĉoj ligantaj rektangulajn flankojn estas pli efika ol pluraj malgrandaj cilindroj, kiuj kongruas en la spaco de plata baterio, provizante proksimume 25 % pli. stokado.
Laŭ Gleiss, la problemo pri instalado de multaj malgrandaj cilindroj de tipo 4 en plata kazo estas, ke "la volumo inter la cilindroj tre reduktiĝas kaj la sistemo ankaŭ havas tre grandan H2 -permean surfacon. Entute, la sistemo provizas malpli da stokadkapacito ol kubaj kruĉoj. "
Tamen estas aliaj problemoj kun la kuba dezajno de la tanko. "Evidente, pro la kunpremita gaso, vi devas kontraŭstari la fleksajn fortojn sur la plataj muroj," Gleiss diris. "Por tio, vi bezonas plifortigitan strukturon, kiu ligas interne al la muroj de la tanko. Sed tio malfacilas fari kun komponaĵoj. "
Glace kaj ŝia teamo provis korpigi plifortigajn streĉajn stangojn en la preman ŝipon en maniero taŭga por la bobena procezo de filamentoj. "Ĉi tio gravas por produktado de alta volumo," ŝi klarigas, "kaj ankaŭ permesas al ni desegni la bobenan padronon de la ujaj muroj por optimumigi fibran orientiĝon por ĉiu ŝarĝo en la zono."
Kvar paŝoj por fari provan kuban komponaĵon por la projekto P4H. Bildkredito: "Disvolviĝo de produktada procezo por kubaj premaj ŝipoj kun brace", Teknika Universitato de Munkeno, Projekto Polymers4hydrogen, ECCM20, junio 2022.
Por atingi sur-ĉenon, la teamo disvolvis novan koncepton konsistantan el kvar ĉefaj paŝoj, kiel montrite supre. La streĉaj streĉoj, montritaj en nigra sur la ŝtupoj, estas prefabrikita framstrukturo fabrikita per metodoj prenitaj de la projekto Mai Skelett. Por ĉi tiu projekto, BMW disvolvis "kadron" de ventoflago per kvar fibro-plifortigitaj pultrusion-bastonoj, kiuj tiam estis mulditaj en plastan kadron.
La kadro de eksperimenta kuba tanko. Heksagonaj skeletaj sekcioj 3D presitaj per TU -uzado de nereformita PLA -filamento (supro), enmetante CF/PA6 -pultrusion -bastonojn kiel streĉajn krampojn (meze) kaj poste envolvante la filamenton ĉirkaŭ la krampoj (malsupre). Bildkredito: Teknika Universitato de Munkeno LCC.
"La ideo estas, ke vi povas konstrui la kadron de kuba tanko kiel modula strukturo," Glace diris. "Ĉi tiuj moduloj tiam estas metitaj en muldilon, la streĉaj streĉoj estas metitaj en la kadro -modulojn, kaj tiam la metodo de Mai Skelett estas uzata ĉirkaŭ la streĉoj por integri ilin kun la kadraj partoj." Masa produktadmetodo, rezultigante strukturon, kiu tiam estas uzata kiel mandrilo aŭ kerno por envolvi la kunmetaĵan ŝelon de stokado.
Tum desegnis la tankan kadron kiel kuban "kusenon" kun solidaj flankoj, rondigitaj anguloj kaj sesangula ŝablono sur la supro kaj la fundo tra kiu ligoj povas esti enmetitaj kaj ligitaj. La truoj por ĉi tiuj rakedoj ankaŭ estis 3D presitaj. "Por nia komenca eksperimenta tanko, ni 3D presis sesangulajn kadrajn sekciojn uzante polilaktikan acidon [PLA, bio-bazita termoplasto] ĉar ĝi estis facila kaj malmultekosta," Glace diris.
La teamo aĉetis 68 pultruditajn karbonfibrajn plifortigitajn poliamidojn 6 (PA6) bastonojn de SGL -karbono (Meitingen, Germanio) por uzi kiel ligojn. "Por testi la koncepton, ni ne faris muldadon," diras Gleiss, "sed simple enmetitaj interspacoj en 3D presitan mielan kernan kadron kaj gluis ilin per epoksa gluo. Ĉi tio tiam provizas mandrilon por bobenado de la tanko. " Ŝi rimarkas, ke kvankam ĉi tiuj bastonoj estas relative facile vendeblaj, estas iuj signifaj problemoj, kiuj poste estos priskribitaj.
"En la unua etapo, nia celo estis pruvi la fabrikadon de la dezajno kaj identigi problemojn en la koncepto de produktado," klarigis Gleiss. "Do la streĉiĝo streĉiĝas el la ekstera surfaco de la skeleta strukturo, kaj ni ligas la karbonajn fibrojn al ĉi tiu kerno uzante malsekan filamentan bobenon. Post tio, en la tria paŝo, ni klinas la kapon de ĉiu kravato. Termoplasta, do ni nur uzas varmon por remodeligi la kapon, por ke ĝi ebenigu kaj enfermu en la unuan tavolon de envolvado. Ni tiam procedas por envolvi la strukturon denove tiel, ke la plata antaŭenpuŝo estas geometrie enfermita en la benzinujon. lamenigi sur la muroj.
Spacer -ĉapo por bobenado. Tum uzas plastajn ĉapojn sur la ekstremoj de la streĉaj bastonoj por malebligi la fibrojn englutiĝi dum filamenta bobenado. Bildkredito: Teknika Universitato de Munkeno LCC.
Glace ripetis, ke ĉi tiu unua tanko estis pruvo de koncepto. "La uzo de 3D -presado kaj gluo estis nur por komencaj provoj kaj donis al ni ideon pri kelkaj el la problemoj, kiujn ni renkontis. Ekzemple, dum bobenado, la filamentoj estis kaptitaj de la finoj de la streĉaj bastonoj, kaŭzante rompadon de fibroj, fibro -damaĝo kaj reduktante la kvanton de fibro por kontraŭstari ĉi tion. Ni uzis kelkajn plastajn ĉapojn kiel fabrikajn helpojn, kiuj estis metitaj sur la polojn antaŭ la unua sinua paŝo. Tiam, kiam la internaj lamenoj estis faritaj, ni forigis ĉi tiujn protektajn ĉapojn kaj remodelis la finojn de la poloj antaŭ fina envolvado. "
La teamo eksperimentis kun diversaj rekonstruaj scenoj. "Tiuj, kiuj rigardas ĉirkaŭe, funkcias plej bone," diras Grace. "Ankaŭ dum la prototipa fazo ni uzis modifitan veldan ilon por apliki varmon kaj remodeligi la ligajn finojn. En koncepto de amasproduktado, vi havus unu pli grandan ilon, kiu povas formi kaj formi ĉiujn finojn de la streĉoj en interna finpoluro samtempe. . ”
Drawbar -kapoj remodeliĝis. Tum eksperimentis kun malsamaj konceptoj kaj modifis la veldojn por vicigi la finojn de la kunmetitaj ligoj por ligi al la tanko -muro. Bildkredito: "Disvolviĝo de produktada procezo por kubaj premaj ŝipoj kun brace", Teknika Universitato de Munkeno, Projekto Polymers4hydrogen, ECCM20, junio 2022.
Tiel, la lameno kuraciĝas post la unua sinua paŝo, la fostoj estas remodeligitaj, la TUM kompletigas la duan bobenadon de la filamentoj, kaj tiam la ekstera tanko -muro -lamenado estas kuracita duan fojon. Bonvolu noti, ke ĉi tio estas tipo 5 -tanko -dezajno, kio signifas, ke ĝi ne havas plastan tegaĵon kiel gasan baron. Vidu la diskuton en la sekvaj paŝoj sube.
"Ni tranĉis la unuan demo en transversaj sekcioj kaj mapis la konektitan areon," Glace diris. "Proksime montras, ke ni havis iujn kvalitajn problemojn kun la lameno, kun la strut-kapoj ne kuŝantaj sur la interna lameno."
Solvante problemojn kun interspacoj inter la lameno de la internaj kaj eksteraj muroj de la tanko. La modifita kravato -kapo kreas interspacon inter la unua kaj dua turnoj de la eksperimenta tanko. Bildkredito: Teknika Universitato de Munkeno LCC.
Ĉi tiu komenca 450 x 290 x 80mm tanko estis finita pasintan someron. "Ni multe progresis de tiam, sed ni ankoraŭ havas interspacon inter interno kaj ekstera lamenado," Glace diris. "Do ni provis plenigi tiujn mankojn per pura, alta viskozeca rezino. Ĉi tio efektive plibonigas la rilaton inter la stiftoj kaj la lameno, kiu multe pliigas la mekanikan streĉon. "
La teamo daŭre disvolvis la tankan projektadon kaj procezon, inkluzive de solvoj por la dezirata bobena ŝablono. "La flankoj de la testo -tanko ne estis plene kurbigitaj, ĉar estis malfacile por ĉi tiu geometrio krei sinuan vojon," Glace klarigis. "Nia komenca bobena angulo estis 75 °, sed ni sciis, ke necesas multoblaj cirkvitoj por renkonti la ŝarĝon en ĉi tiu prema ŝipo. Ni ankoraŭ serĉas solvon al ĉi tiu problemo, sed ĝi ne facilas kun la programaro nuntempe sur la merkato. Ĝi eble fariĝos sekvaĵa projekto.
"Ni pruvis la fareblecon de ĉi tiu produktada koncepto," diras Gleiss, "sed ni devas labori plu por plibonigi la rilaton inter la lameno kaj remodeligi la kravatojn. “Ekstera testado sur testmaŝino. Vi eltiras la interspacojn el la lameno kaj testas la mekanikajn ŝarĝojn, kiujn tiuj artikoj povas rezisti. "
Ĉi tiu parto de la projekto Polimers4hydrogen estos finita fine de 2023, en kiu tempo Gleis esperas kompletigi la duan manifestacion. Interese, projektoj hodiaŭ uzas bonajn plifortigitajn termoplastojn en la kadro kaj termosetaj komponaĵoj en la tankaj muroj. Ĉu ĉi tiu hibrida aliro estos uzata en la fina manifestacio? "Jes," Grace diris. "Niaj partneroj en la projekto Polimer4hidrogeno disvolvas epoksajn rezinojn kaj aliajn kunmetitajn matricajn materialojn kun pli bonaj hidrogenaj baroj." Ŝi listigas du partnerojn laborantajn pri ĉi tiu laboro, PCCL kaj la Universitato de Tampere (Tampere, Finnlando).
Gleiss kaj ŝia teamo ankaŭ interŝanĝis informojn kaj diskutis ideojn kun Jaeger pri la dua Hydden -projekto de la konforma kunmeta tanko de LCC.
"Ni produktos konforman kunmetitan premon por esploraj dronoj," Jaeger diras. "Ĉi tio estas kunlaboro inter la du fakoj de la Aerospace kaj Geodetic Fako de Tum - LCC kaj la Departemento de Helikoptero -Teknologio (HT). La projekto finiĝos antaŭ la fino de 2024 kaj ni nun kompletigas la preman ŝipon. dezajno, kiu estas pli ol aerspaca kaj aŭtomobila aliro. Post ĉi tiu komenca koncepto -stadio, la sekva paŝo estas realigi detalan strukturan modeladon kaj antaŭdiri la baron -rendimenton de la muro -strukturo. "
"La tuta ideo estas disvolvi esploran dronon kun hibrida brula ĉelo kaj bateria propulsa sistemo," li daŭrigis. Ĝi uzos la kuirilaron dum altaj potencaj ŝarĝoj (t.e. ekflugo kaj surteriĝo) kaj tiam ŝanĝos al la brula ĉelo dum malpeza ŝarĝa krozado. "La HT -teamo jam havis esploran dronon kaj rediseŝis la movilon por uzi ambaŭ kuirilarojn kaj fuelajn ĉelojn," Yeager diris. "Ili ankaŭ aĉetis CGH2 -benzinujon por testi ĉi tiun transdonon."
"Mia teamo ricevis la taskon konstrui prototipon de prema tanko, kiu taŭgus, sed ne pro la pakaj problemoj, kiujn kreus cilindra tanko," li klarigas. “Flata tanko ne ofertas tiom da vento -rezisto. Do vi ricevas pli bonan flugan agadon. " Tankaj dimensioj ĉ. 830 x 350 x 173 mm.
Plene termoplasta AFP -konforma tanko. Por la projekto Hydden, la LCC -teamo ĉe TUM komence esploris similan aliron al tiu uzata de GLACE (supre), sed poste moviĝis al alproksimiĝo uzante kombinaĵon de pluraj strukturaj moduloj, kiuj tiam estis tro uzataj per AFP (sube). Bildkredito: Teknika Universitato de Munkeno LCC.
"Unu ideo similas al la alproksimiĝo de Elisabeth [Gleiss]," Yager diras, "apliki streĉajn krampojn al la muro de la ŝipo por kompensi la altajn fleksajn fortojn. Tamen, anstataŭ uzi bobenan procezon por fari la benzinujon, ni uzas AFP. Tial ni pensis pri kreado de aparta sekcio de la prema ŝipo, en kiu la rakedoj jam estas integritaj. Ĉi tiu alproksimiĝo permesis al mi kombini plurajn el ĉi tiuj integritaj moduloj kaj poste apliki finan ĉapon por sigeli ĉion antaŭ la fina AFP -bobenado. "
"Ni klopodas fini tian koncepton," li daŭrigis, "kaj ankaŭ komencas provi la elekton de materialoj, kio estas tre grava por certigi la necesan reziston al H2 -penetrado. Por ĉi tio, ni ĉefe uzas termoplastajn materialojn kaj laboras pri diversaj kiel la materialo influos ĉi tiun permean konduton kaj prilaboron en la AFP -maŝino. Gravas kompreni, ĉu la kuracado efikos kaj se necesas postprocesado. Ni ankaŭ volas scii, ĉu malsamaj stakoj influos hidrogenan permeadon tra la prema ŝipo. "
La tanko estos farita el termoplasta kaj la strioj estos provizitaj de Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, Germanio). "Ni uzos iliajn PPS [polifenilena sulfido], peek [poliether ketone] kaj lm paek [malalta fandado poliaryl ketone] materialoj," Yager diris. "Oni tiam faras komparojn por vidi, kiu estas la plej bona por penetra protekto kaj produkti partojn kun pli bona agado." Li esperas kompletigi testadon, strukturan kaj procezan modeladon kaj unuajn manifestaciojn ene de la venonta jaro.
La esplora laboro estis farita en la kometa modulo "Polimeroj4hidrogeno" (ID 21647053) ene de la Kometa Programo de la Federacia Ministerio por Klimata Ŝanĝo, Medio, Energio, Movebleco, Novigado kaj Teknologio kaj la Federacia Ministerio por Cifereca Teknologio kaj Ekonomio. . La aŭtoroj dankas la partoprenantajn partnerojn Polimer -Kompetenta Centro Leoben GmbH (PCCL, Aŭstrio), Montanuniversitaet Leoben (Fakultato de Polimera Inĝenierado kaj Scienco, Sekcio de Kemio de Polimeraj Materialoj, Sekcio de Materialoj -Scienco kaj Polimera Testado), Universitato de Tampere (Fakultato de Inĝenierado Materialoj). ) Scienco), pinta teknologio kaj Faurecia kontribuis al ĉi tiu esplora laboro. Comet-Modul estas financita de la registaro de Aŭstrio kaj la registaro de la ŝtato Stirio.
Antaŭ-plifortigitaj littukoj por ŝarĝaj strukturoj enhavas kontinuajn fibrojn-ne nur el vitro, sed ankaŭ de karbono kaj aramido.
Estas multaj manieroj fari kunmetitajn partojn. Tial la elekto de metodo por aparta parto dependos de la materialo, de la dezajno de la parto kaj de la fina uzo aŭ apliko. Jen elekta gvidilo.
Shocker Composites kaj R&M International disvolvas reciklitan karbonfibran provizan ĉenon, kiu provizas nulan buĉadon, pli malaltan koston ol virga fibro kaj eventuale ofertos longojn, kiuj alproksimiĝas al kontinua fibro en strukturaj proprietoj.
Afiŝotempo: mar-15-2023