Standert plat-platplat-tanks foar bevs en fcevs brûke thermoplastyske en thermoset kompositen mei in skelet konstruksje dy't 25% mear h2 opslach leveret. #hydrogen #trends
Nei in gearwurking mei BMW toand dat in kubike tank koe leverje kin leverje dan meardere silinders, de technyske universiteit fan in projekt om in gearstalde struktuer te ûntwikkeljen en in skalber te ûntwikkeljenproduksje foar seriële produksje. Ofbyldingskredyt: Tu Dresden (boppe) Lofts), Technyske Universiteit fan München, ôfdieling Carbon Composites (LCC)
Fuel sel elektryske auto's (fcevs) oandreaun troch nul-emisje troch nul-emisje (H2) hydrogen jouwe ekstra middels om nul miljeu-doelen te berikken. In brânpul-passazjiers auto mei in H2-motor kin ynfold wurde yn it ynfoljen fan 5-7 minuten en hat in berik fan 500 km, mar is op it stuit djoerder fanwege lege produksjevolumes. Ien manier om kosten te ferminderjen is om in standert platfoarm te brûken foar bev- en fcev-modellen. Dit is op it stuit net mooglik, om't it type 4-silindryske tanks wirde om komprimeare H2-gas (CGH2) te bewarjen yn FCEVS yn FCEVS binne net geskikt foar de underbody Battery Compartments dy't binne makke foar elektryske auto's. Drukfetten lykwols yn 'e foarm fan kessens en kubussen kinne yn dizze platte ferpakkingromte passe.
Patent US5577630a foar "Composite ConforMale druk Vessel", yntsjinne troch Thiokol Corp. Yn 1995 (links) en de rjochthoekige drukfiets Patinted troch BMW yn 2009 (rjochts).
De ôfdieling koalstof komposysje (LCC) fan 'e technyske Universiteit fan München (Tum, München) is belutsen by twa projekten om dit konsept te ûntwikkeljen. De earste is polymen4hydrogen (P4H), laat troch it leeblen Polymer-kompetinsjecenter (PCCL, Leoben, Eastenryk). It LCC-wurkpakket wurdt laat troch felium Elizabeth Glace.
It twadde projekt is de hydrogen demonstraasje en ûntwikkelingsomjouwing (hydden), wêr't LCC wurdt laat troch ûndersiker kristlike Jaeger. Beide rjochtsje om in grutskalige demonstraasje te meitsjen fan it fabrikaazjeproses foar it meitsjen fan in gaadlike CGH2-tank mei koalstoffaserks kompotoes.
D'r is beheind volumetryske effisjinsje as lytse diameter-silinders wurde ynstalleare yn platte batterij-sellen (links) en kubike ynstalleare fan stielen liners en in koalstoffasal / epoxy gearstalde bûtenhellage (rjochts). Ofbyldingsboarne: Figueren 3 en 6 binne fan "Numerike ûntwerp oanpak foar it type II-drukfak BEHIEN MEI INTERNE TENSJENPEN" FAN RUF EN ZAREMBA ET AL.
P4H hat in eksperimintele kubus-tank befestige dy't in thermoplastyske frame brûkt mei komposite spanning riemen / struts dy't ferpakt binne yn koalstoffaser ferheegde epoxy. Hydden sil in ferlykber ûntwerp brûke, mar sil automatyske glêstried brûke (AFP) om alle thermoplastyske gearstalde tanks te produsearjen.
Út in patint-applikaasje troch Thiokol Corp. nei "CONSITE CONFOR PUNFORMS" IN 1995 MEI IN 1991 PATENT DE197499S MEI GEOMEFRIFTSJOCHT ", MAAR EMPRYME FULD EN INRREGULIKE FOMENDEN, IN EIN COLTTE KOMPEN . eleminten wurde brûkt, sadat se de krêft fan útwreiding fan it gas kinne wjerstean.
In LIVERRENCE LIVERMORE NIEFORMAASJE BESJOCHTS DIR BESJOCHTTRUKEN DRAGEN DRACHT DRAGEN: In filament Wound Conforvale drukster, in ynterne orthorhom-struktuer (lytse sellen fan 2 cm of minder), omjûn troch in tinne-muorren H2 Container, en in replicator-kontener, besteande út in ynterne struktuer besteande út lime fan lytse dielen (bygelyks hexagonaal plestik ringen) en in komposysje fan tinne bûten shell hûd. Dûbele konteners binne it bêste geskikt foar gruttere konteners wêr't tradisjonele metoaden lestich kinne oanfreegje.
Patent De102009057170A yntsjinne troch Volkswagen beskriuwt in auto-monteare drukskip dat hege gewicht-effisjinsje sil leverje, wylst de romte-utilisaasje ferbetterje. Rjochthoekige tanks brûke spanning-connectors tusken twa rjochthoekige tsjinoerstelde muorren, en de hoeken binne rûn.
De boppesteande en oare konsepten wurde oanhelle troch gleiss yn it papier "Process-ûntwikkeling foar kubike drukfetten mei stretchbalken" troch Gleiss et al. By ECCM20 (26 juny 202, 2022, Lausanne, Switserlân). Yn dit artikel siteart se in tum-stúdzje publisearre troch Michael-dak en Sven Zare, dat in kubike druk makket mei Rjochthorstige kanten dy't yn 'e romte binne yn' e romte fan in platte batterij, it leverjen fan in platte batterij, it leverjen fan sawat 25 % mear. opslachromte.
Neffens Gleiss, it probleem mei it ynstallearjen fan in grut oantal lytse type 4 silinders yn in platte saak is dat "it folume tusken de silinders sterk wurde fermindere en it systeem hat ek in heul H2-permifion-oerflak. Oer it algemien biedt it systeem minder opslachkapasiteit dan kubike potten. "
D'r binne lykwols oare problemen mei de kubike ûntwerp fan 'e tank. "Fansels, fanwegen it komprimeare gas moatte jo de bûgde krêften tsjin 'e flat muorren tsjinwurkje," sei Gleiss. "Hjirfoar hawwe jo nedich binne in fersterke struktuer dy't yntern ferbynt oan 'e muorren fan' e tank. Mar dat is min te dwaan mei komposysje. "
Glâns en har team besocht fersterkjende spanningbalken yn 'e drukskip op te nimmen yn in manier dy't geskikt soe wêze foar it filamentwielde proses. "Dit is wichtich foar produksje fan hege folume," ferklearret se, "en kinne wy ek tasizze om it wielde patroan fan 'e kontenermuorren te ûntwerpen om glêstried te optimearjen foar elke lading yn' e sône."
Fjouwer stappen om in proefkubyske gearstalde tank te meitsjen foar it P4H-projekt. Ofbyldingskredyt: "Untwikkeling fan in produksjeproses foar kubike drukskippen mei brace", technyske universiteit fan München, PolyMers4HiRogen Project, ECCM20, 20 juni 2022.
Om op 'e ketting te berikken, hat it team in nij konsept ûntwikkele besteande út fjouwer haadstappen, lykas hjirboppe te sjen. De spanningstoffen, toand yn swart op 'e stappen, binne in prefabrikeare ramstruktuer fabrisearre mei metoaden nommen út it Metoaden nommen fan it Mai Skelett-projekt. Foar dit projekt ûntwikkele BMW in wynresjelf-frame "Framework" mei fjouwer Fatalefuvercefene PultuCtruscefods, dy't doe waarden foarme yn in plestik frame.
It frame fan in eksperimintele kubike tank. Hexagonale skeletale seksjes 3D printe troch tum mei unrined PLA filament (top), ynfoegje CF / PA6 Pultrusion-earmtakken (midden) en it filament om 'e earmtakken ynpakke. Ofbyldingskredyt: Technyske Universiteit fan München LCC.
"It idee is dat jo it frame fan in kubike tank kinne bouwe as in modulêre struktuer," sei glês. "Dizze modules wurde dan pleatst yn in foarmjen fan 'e spanningstoffen wurde pleatst yn' e frame-modules, en dan wurdt de metoade fan Mai Skelett yn 'e ramt brûkt om har te yntegrearjen." Mass-produksjemetoade, resultearje yn in struktuer dy't dan wurdt brûkt as in mandrel as kearnd om de opslach tank komposysje te wikkeljen.
Tem ûntwurpen it tank-frame as in kubike "kussen" mei bêst kanten, rûne hoeken en in hexagonale patroan op 'e boppekant en boaiem wêrtroch bannen kinne wurde ynfoege en taheakke. De gatten foar dizze racks wiene ek 3D printe. "Foar ús initial eksperimintele tank, printe wy 3D-printe hexagonale ramde seksjes mei polylakts acid [pla, in bio-basearre thermoplast] omdat it maklik wie en goedkeap," sei glês.
It team kocht 68 Pultruded Carbon Fiber ferwurke Polyamide 6 (PA6) Rûden fan SGL Carbon (Meiten, Dútslân) foar gebrûk as bannen. "Om it konsept te testen, hawwe wy gjin foarmjen dien," seit Gleiss, "mar gewoan ynfoege spacers yn in 3D printe huning Core-kearnframe en lijm se mei epoxy lijm. Dit leveret dan in mandrel foar it wend fan 'e tank. " Se merkt op dat hoewol dizze stangen relatyf maklik binne om wyn te wurden, d'r binne wat wichtige problemen dy't letter sille wurde beskreaun wurde.
"By it earste poadium wie ús doel om de fabrikiteit fan it ûntwerp te demonstrearjen en problemen te identifisearjen yn 'e produksjebegryp," Ferklearre gleiss. "Dus de spanningstoffen stekke út it bûtenste oerflak fan 'e skeletstruktuer, en wy heakje de koalstoffibers oan dizze kearn mei wiete filament wind. Hjirnei, yn 'e tredde stap bûge wy de holle fan elke bânstok. Thermoplastysk, sadat wy gewoan waarmte brûke om de holle te foarmjen, sadat it flatten en sloech yn 'e earste laach fan ynpakke. Wy geane dan opnij om de struktuer opnij te wikkeljen, sadat de platte thrust-kop geometrysk ynsletten wurdt ynsletten binnen de tank. laminaat op 'e muorren.
Spacerkap foar winding. Tum brûkt plestik kappen oan 'e úteinen fan' e spanningstoar om te foarkommen dat de fibers fan beneaming tidens filament wint. Ofbyldingskredyt: Technyske Universiteit fan München LCC.
GLACE WURKFERT DAT DAT DIT EARSTE TANK in bewiis wie fan konsept. "It gebrûk fan 3D-printsjen en lijm wie allinich foar inisjele testen en joech ús in idee fan in pear fan 'e problemen dy't wy hawwe tsjinkaam. Bygelyks, tidens winden waarden de filaminten fongen troch de úteinen fan 'e spanningstoffen, wêrtroch't glêstried, glêstried, en it ferminderjen fan' e hoemannichte glêstried. Wy hawwe in pear plestikkappen brûkt as fabrikanten dy't op 'e pols waarden pleatst foardat de earste wielende stap pleatst, doe't de ynterne laminates waarden makke, ferwidere wy dizze beskermjende kappen en de úteinen fan' e peallen ferwidere foarôfgeand oan 'e einen fan' e peallen. "
It team eksperiminteare mei ferskate rekonstruksje-senario's. "Dyjingen dy't om it bêste om wurk sjogge," seit genede. "Ek yn 'e prototypingfase brûkten wy in wizige welding-ark om hjittens te tapassen en de bân roede einiget te tapassen. Yn in massa-produksje-konsept, soene jo ien grutter ark hawwe dy't alle einen fan 'e struts kinne foarmje en foarmje yn in ynterieurfinish laminaat tagelyk. . "
Trackbar Hollen opnij wurde. Tum eksperiminteare mei ferskate konsepten en wizige de welds om de einen te rjochtsjen om de einen fan 'e gearstalde bannen te rjochtsjen om te heakjen oan' e tank-muorre laminaat. Ofbyldingskredyt: "Untwikkeling fan in produksjeproses foar kubike drukskippen mei brace", technyske universiteit fan München, PolyMers4HiRogen Project, ECCM20, 20 juni 2022.
Sa wurdt de laminaat genêzen nei de earste kronkelende stap, binne de berjochten opnij ynsteld, foltôget it tum de twadde winding fan 'e filaminten, en dan wurdt de bûtenmuorre laminaat in twadde kear skieden. Tink derom dat dit in type 5 tankûntwerp is, wat betsjut dat it gjin plestik liner hat as gasbarriêre. Sjoch de diskusje yn 'e folgjende stappen-seksje hjirûnder.
"Wy snije de earste demo yn seksje fan krús seksjes en yn kaart brocht it ferbûn gebiet," sei glês. "In close-up-shows dat wy wat kwaliteitsproblemen hiene mei de laminaat, mei de strakkoppen net plat te lizzen op 'e ynterieur laminaat."
Problemen oplosse mei gatten tusken de laminaat fan 'e binnen- en bûtenmuorren fan' e tank. De wizige bân-roede kop skept in gap tusken de earste en twadde bochten fan 'e eksperimintele tank. Ofbyldingskredyt: Technyske Universiteit fan München LCC.
Dizze earste 450 x 290 x 80mm-tank waard ôfrûne simmer foltôge. "Wy hawwe sûnt doe in soad foarútgong makke, mar wy hawwe noch in kloof tusken ynterieur en eksterieur laminaat," sei glês. "Dus wy besochten dy gatten te foljen mei in skjinne resin foar hege Viskositeit. Dit ferbetteret feitlik de ferbining tusken de studs en de laminaat, dy't de meganyske stress sterk fergruttet. "
It team bleau troch te ûntwikkeljen en proses te ûntwikkeljen, ynklusyf oplossingen foar it winske heulende patroan. "De kanten fan 'e Test-tank wiene net folslein krul, om't it lestich wie foar dizze geometry om in kronkelpaad te meitsjen," útlein. "Us inisjele kronkelwinkel wie 75 °, mar wy wisten dat meardere circuits nedich wiene om de lading te foldwaan yn dizze drukfloed. Wy sykje noch in oplossing foar dit probleem, mar it is net maklik mei de software op it stuit op 'e merke. It kin in ferfolchprojekt wurde.
"Wy hawwe de feasberens fan dizze produksjebegryp oantoand," seit Gleiss, "mar wy moatte fierder wurkje om de ferbining te ferbetterjen tusken de laminaat en de bânstoffen opnij te ferbetterjen. "Eksterne testen op in testmasjine. Jo lûke de spacers út 'e laminate en test de meganyske lesten dat dy gewrichten kinne wjerstean. "
Dit diel fan it polymen44hydrogen-projekt sil wurde foltôge oan it ein fan 2023, troch hokker tiid Gleis hopet de twadde demonstraasjeank te foltôgjen. Nijsgjirrich brûkte ûntwerpen gebrûk Save Nee fersterke Thermoplastics yn it frame- en Thermoset-komposysje yn 'e tankmuorren. Sil dizze hybride oanpak brûkt wurde yn 'e definitive demonstraasjeank? "Ja," sei Grace. "Us partners yn it Polymers44hydrogen-projekt ûntwikkelje epoxy-resins en oare gearstalde matrix-materialen mei bettere hydrogenaarsperioade." Se listt twa partners dy't wurkje oan dit wurk, PCCL en de Universiteit fan Tampere (Tampere, Finlân).
GLEISS en har team wiksele ek ynformaasje en besprutsen ideeën mei Jaeger op it twadde Hydden-projekt út 'e LCC ConforMaM CONSITE TANK.
"Wy sille in konformele gearstalde drukskippen produsearje foar ûndersyksdrones," Jaeger seit. "Dit is in gearwurking tusken de twa ôfdielings fan it Aerospace en Geoketyske ôfdieling fan Tum - LCC en de ôfdieling helikopter technology (HT). It projekt sil wurde foltôge oan it ein fan 2024 en wy binne op it stuit foltôge de drukfet. In ûntwerp dat mear is fan in Aerospace en Automotive oanpak. Nei dit earste konsept-poadium is de folgjende stap om detaillearre strukturele modellering te útfieren en de barriêre prestaasjes te foarsizzen fan 'e muorrestruktuer. "
"It heule idee is om in ferkennende drone te ûntwikkeljen mei in hybride brânstof sel en batterij-propulsysteem," gie hy troch. It sil de batterij brûke by it laden fan hege krêft (oftewol opstart en lâning) en wikselje dan nei de brânstofsel tidens ljochte lading cruise. "It HT-team hie al in ûndersyksrone en herwagraaf de PowerTrain om sawol batterijen en brânstofzellen te brûken," sei Yeger. "Se hawwe ek in CGH2-tank kocht om dizze oerdracht te testen."
"Myn team waard opdracht op it bouwen fan in druk Tank Prototype dy't passe soe, mar net fanwegen de ferpakking fan 'e ferpakking dy't in silindryske tank soe oanmeitsje," ferklearret hy. "In flattere tank biedt net safolle wynswandeling. Sadat jo bettere flechtprestaasjes krije. " Tank dimensjes sawat 830 x 350 x 173 mm.
Folslein thermoplastyske AFP foldocht oan foldwaande tank. Foar it Hydden-projekt ferkende it LCC-team yn 't lêst in soartgelikense oanpak oan dat brûkt troch GLACE (hjirboppe),, ferhuze dan nei in oanpak mei in kombinaasje fan ferskate strukturele modules, dy't oerbrutsen binne mei AFP (ûnder). Ofbyldingskredyt: Technyske Universiteit fan München LCC.
"Ien idee is gelyk oan Elisabeth [Gleiss's] Benadering," Yager seit, "om spanning-earmtakken oan te bringen oan 'e skipmuorre om te kompensearjen foar de hege bûgde krêften. Yn plak fan yn plak fan in kronkeljend proses te brûken om de tank te meitsjen, brûke wy AFP. Dêrom tochten wy oer it meitsjen fan in aparte seksje fan 'e drukskippen, wêryn de racks al yntegreare binne. Dizze oanpak koe my ferskate fan dizze yntegreare modules kombinearje en dan in einskap oanfreegje om alles te fersegeljen foar de definitive AFP-winding. "
"Wy besykje sa'n konsept te finalisearjen," fuortset hy troch, "en begjin ek te testen fan 'e seleksje fan materialen, dy't heul wichtich is om de nedige wjerstân te garandearjen om te soargjen foar H2 gas-penetraasje. Hjirfoar brûk wy foaral thermoplastyske materialen en wurkje oan ferskate hoe't it materiaal sil beynfloedzje op dit permimaasjegedrach en ferwurkjen yn 'e AFP-masine. It is wichtich om te begripen as de behanneling in effekt sil hawwe en as ien nei ferwurking is fereaske. Wy wolle ek witte as ferskate stapels sil beynfloedzje oer de beantwurding fan wetterstofpunting fia de drukfet. "
De tank sil folslein makke wurde fan thermoplastysk en de strips sil wurde levere troch Teijoin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, Dútslân). "Wy sille har PPS [Polyphenyleen sulfse brûke], Polyether Ketone] en LM Paek [Leech smelpolyaryyl Keton] Materialen," sei Yager. "Fergelikingen wurde dan makke om te sjen hokker ien it bêste is foar penetraasjebeskerming en produsearjen fan dielen mei bettere prestaasjes." Hy hopet it testen te foltôgjen, struktureel en prosesmodellen en earste demonstraasjes binnen it folgjende jier.
It ûndersykswurk waard útfierd yn 'e komeetmodule "PolyMers44153) Binnen it komeetprogramma fan it Federal Ministearje foar klimaat foar klimaat, enerzjy, ynnovaasje en technology en it federale ministearje foar digitale technology en ekonomy. . De auteurs tankje it dielnimmende Partners Polymer Competence Center Leoben Gmbh (PCCL, Eastenryk), Montanunymer), ôfdieling materialen, ôfdieling Materialen Wittenskip en Polymer fan Tampere (Fakulteit Materialen). ) Wittenskip), Peak Technology en Faurcia bydroegen oan dit ûndersykswurk. Komeet-modul wurdt finansierd troch de regearing fan Eastenryk en de regearing fan 'e steat Stier.
Pre-fersterke lekkens foar laden-dragingsstrukturen befetsje trochgeande fibers - net allinich fan glês, mar ek fan koalstof en aramide.
D'r binne in soad manieren om gearstalde dielen te meitsjen. Dêrom sil de kar foar metoade foar in bepaald diel ôfhingje fan it materiaal, it ûntwerp fan it diel, en it ein gebrûk as applikaasje. Hjir is in seleksje Gids.
Shocker CompoSites en R & M ûntwikkelje in recycled Carbon-fasmetinaasjetearen dy't nul slacht, legere kosten leveret, legere kosten dan langere lingte oanhâldend oanhâldende glêstried te bieden dy't trochgeande glêstried biedt.
Posttiid: MAR-15-2023