BEV және FCESS үшін стандартты жалпақ платформалық танктер термопластикалық және термосетикалық композиттерді пайдаланады, ол 25% H2 сақтауды қамтамасыз етеді. #hydrog #trends
BMW-мен бірлескен Ынтасқаннан кейін, текше резервуарға бірнеше ұсақ цилиндрлерге қарағанда көлемді резервуар бере алатындығын көрсетті, Мюнхен техникалық университеті композициялық құрылымды және сериялық өндіріске арналған масштабталатын өндіріс процесін бастан кешірді. Image Credit: TU DRRESDEN (TOP), Мюнхен техникалық университеті, Көміртекті композиттер бөлімі (LCC)
Жанциалды жасуша электр машиналары (FCEVS) нөлдік шығарылыммен (H2) сутегі арқылы қуатталған, сутектің нөлдік экологиялық мақсаттарына жету үшін қосымша құралдар. H2 қозғалтқышы бар жанармай жасушасы 5-7 минут ішінде толтырылуы мүмкін және 500 км болатын, бірақ қазіргі уақытта өндіріс көлеміне байланысты қазіргі уақытта қымбатырақ. Шығындарды азайтудың бір тәсілі - LEV және FCEV модельдері үшін стандартты платформаны қолдану. Қазіргі уақытта бұл мүмкін емес, өйткені Сығылған H2 газын (CGH2) FCESS-те сақтаған 4 цилиндрлік резервуарларда FCEVS-те 700 барда сақтайтын цилиндрлік резервуарлар электромобильдер үшін мұқият ойластырылған, олар үшін жарамсыз. Дегенмен, жастықтар мен текшелер түріндегі қысым тамырлары бұл тегіс қаптама кеңістігіне сәйкес келуі мүмкін.
«Композициялық конформды қысымды ыдыс» үшін PATENTEN577630A, Thiokol Corp. 1995 жылы (сол жақта) берген өтінім (сол жақта) және 2009 жылы BMW-де төртбұрышты қысымды кеме патенттелген.
Мюнхен техникалық университетінің көміртегі композиттері (ТМК, Мюнхен, Германия) бөлімі осы тұжырымдаманы әзірлеу үшін екі жобаға қатысады. Біріншісі - Leoben полимер құзыреттілік орталығы (PCCL, LEOBEN, Австрия) басқарған полимерлер4 Айрықша (P4H). LCC жұмыс пакетін бауырлас гректер басқарады.
Екінші жоба - бұл сутегі, даму ортасы (Hydden), мұнда LCC-ді Зерттеуші Христиан Джейгер басқарады. Екеуі де көміртек талшықтарын қолдану арқылы қолайлы CGH2 резервуарын жасау үшін өндірістік процесті кең көлемде көрсетуге бағытталған.
Диаметрі шектеулі көлемдер шектеулі, егер диаметрлі цилиндрлер жалпақ батарея ұяшықтарына (сол жақта) және текше типтегі 2-типті болаттан жасалған, көміртегі талшықтары / эпоксидті композиттік сықақша (оң жақта). Сурет көзі: 3 және 6-суреттер «Ішкі кернеумен ішкі кернеулі аяқтары бар II типті II типті, ішкі кернеулі кеме» және zaremba және zaremba al al.
P4H термопластикалық рамканы құрастырған, ол термопластикалық жақтауды құрамын қолданады, ол көміртекті талшықты күшейтілген эпоксидке оралған композициялық кернеулі белдіктері / Struts бар. Hydden ұқсас дизайнды қолданады, бірақ барлық термопластикалық композициялық цистерналарды өндіру үшін автоматты талшықты қабат (AFP) қолданады.
1995 жылы Thiokol Corp. thiokol corp. thiokol corp-қа «Композициялық конформды қысымды ыдысқа» 1997 ж. . Элементтер газдың кеңеюіне төтеп бере алатындай етіп қолданылады.
2006 жылғы Лоуренс ұлттық зертханасы (LLNL) Қағаз үш тәсілді сипаттайды: жіңішке қабырғаға арналған жиірқысы, микроэлементтердің құрамында жұқа қабырғалы, аз, кішігірім шағын, аз), және желімделген шағын бөлшектерден тұратын ішкі құрылымнан тұратын репликатор контейнері (мысалы, алтыбұрышты пластмасса сақиналары) және a Жұқа сыртқы қабықтың құрамы. Қайталанатын контейнерлер үлкен контейнерлер үшін қолайлы, онда дәстүрлі әдістерді қолдану қиын болуы мүмкін.
2009 жылы Volkswagen Patent De1020557170a, 2009 жылы кірістірілген қысымды кеме сипаттайды, бұл кеңістікті пайдалану кезінде жоғары салмақ тиімділігін қамтамасыз етеді. Тікбұрышты танктер екі тіктөртбұрышты қарама-қарсы қабырғалар арасында кернеу қосқыштарын пайдаланады, ал бұрыштар дөңгелектенеді.
Жоғарыда айтылған және басқа ұғымдар Gleish және басқалар бойынша «Текше қысымды ыдыстарға арналған процестерді өңдеу» қағазында келтірілген. ECCM20-да (26-30 маусым, 2022, Лозанна, Швейцария). Осы мақалада ол Майклдың төбесі және Свензиялық zaremba шығарған, Svy-дің zaremba жариялаған Tum зерттеуіне келтірілген, ол төртбұрышты жақтарды қосатын текше қысымды ыдысы бар, ол шамамен 25 мүмкіндік беретін бірнеше кішкене цилиндрлерге қарағанда тиімдірек % Көбірек. сақтау орны.
Gleiss мәліметтері бойынша, кішкентай 4 цилиндрлердің көп мөлшерін жалпақ корпуста орнатуға қатысты мәселе - «цилиндрлер арасындағы көлем едәуір қысқарады және жүйеде сонымен қатар H2 газдың өте үлкен рұқсаты бар. Жалпы, жүйе текше банкаларға қарағанда сақтау қабілетін азайтады ».
Дегенмен, танк кубикалық дизайнымен басқа да мәселелер бар. «Сығылған газға байланысты, сіз жалпақ қабырғалардағы иілгіш күштерге қарсы тұруыңыз керек», - деді Глейс. «Бұл үшін сізге резервуардың қабырғаларына қосылатын күшейтілген құрылым қажет. Бірақ бұл композиттермен жасау қиын ».
Глэйк пен оның командасы қысқыштардың арматурасын қысқыштың ыдысына салуға жаратылғандай етіп қосуға тырысты. «Бұл жоғары көлемді өндіріс үшін маңызды», - деп түсіндіреді ол, - сонымен қатар, аймақтағы әр жүктеме үшін талшықты бағдарлау үшін контейнер қабырғаларының орамасын жасауға мүмкіндік береді ».
P4H жобасына арналған кубикалық композиттік резервуар жасаудың төрт кезеңі. Image Credit: «Мюнхендегі текше қысымды кемелер үшін өндірістік процесті дамыту», Мюнхен техникалық университеті, полимерлер4 Агенен, ECCM20, 2022 жылғы маусым.
Тізбекке қол жеткізу үшін, команда жоғарыда көрсетілгендей төрт негізгі қадамнан тұратын жаңа тұжырымдаманы жасады. Қабаттылықта көрсетілген кернеуді страндар, Қадамдарда көрсетілген, MAI SKELET жобасынан алынған әдістерді қолдана отырып, құрастырмалы кадр құрылымы. Осы жоба үшін BMW төрт талшықты күшейтілген родты пайдаланып, «Framework» жақтауын жасады, содан кейін пластикалық жақтауға салынған.
Тәжірибелік текше танкінің кадры. Алкоганды қаңқалы қаңқалы бөлімдер 3D-мен өңделген PLA Fluam (жоғарғы), CF / PA6 контримузиясының өздігінен CF / PA6 контримузын өзектерін салыстыру, кернеу жақшасы ретінде (ортаңғы), содан кейін жіпшаны жақшаларды (төменгі) орап алыңыз. Image Credit: Мюнхен техникалық университеті LCC.
«Идея, сіз текше резервуардың жақтауын модульдік құрылым ретінде жасай аласыз», - деді Гайк. «Бұл модульдер қалыптау құралына орналастырылады, кернеудің стурлары кадр модульдеріне орналастырылған, содан кейін Май Скелеттің әдісі оларды жақтаулармен біріктіру үшін struts айналасында қолданылады». Жаппай өндіріс әдісі, нәтижесінде резервуардың композициялық қабығын орау үшін мандрель немесе өзек ретінде пайдаланылатын құрылым пайда болады.
Там танк жақтауын қатты жақтары бар «жастық», дөңгелек бұрыштар және үстіңгі және астыңғы жағындағы алтыбұрышты өрнек ретінде ойластырды, олардың көмегімен байланыстырылып, бекітілген. Бұл тіректерге арналған тесіктер де 3D басып шығарылды. «Біздің алғашқы тәжірибелік танкіміз үшін, біз 3D дәнекерлеуші үшін, біз 3D бектік жақтау секцияларын полилактор қышқылымен басып шығардық [PLA, био негіздегі термопластикалық], себебі бұл оңай және арзан болды», - деді Глин.
Команда SGL көміртегі 6 (PA6) арматураланған көміртекті 68 (PA6) SGL көміртегідан (MEİITENTEN, Германия) байланысқан үшін сатып алды. «Тұжырымдаманы сынау үшін біз ешқандай қалыптауды жасамадық», - дейді біз Глейсс », - дейді Глейс, бірақ жайлыларды 3D баспа жақтауына салып, оларды эпоксикалық желіммен желімдірді. Содан кейін бұл резервуарды орауға арналған мандрельді ұсынады ». Оның айтуынша, бұл шыбықтардың жел соғып тұрғанымен, кейінірек айтылғандай, айтарлықтай проблемалар бар екенін айтады.
«Бірінші кезеңде біздің мақсатымыз дизайнның пайда болуын көрсету және өндірістік тұжырымдамадағы проблемаларды анықтау және« Глейс », - деп түсіндірді. «Сондықтан, кернеуді қаңқа құрылымының сыртқы бетінен шығарыңыз, біз көміртекті талшықтарды дымқыл жіптерді жабыңыз. Осыдан кейін, үшінші қадамда біз әр галстуктың басын бүгеміз. Термопластикалық, сондықтан біз жай ғана жылуды қолданып, орауыштың бірінші қабатына айналдырып, құлыптап, құлыптау үшін қолданамыз. Содан кейін біз құрылымды қайтадан орап, жалпақ ұшқыштың басы геометриялық түрде резервуарға жабыстырамыз. қабырғаға ламинат.
Орамалы қалпақ. Там, талшықтардың тарылып кетуіне кедергі келтірмеу үшін шиеленіс шыбықтарының ұштарында пластикалық қақпақтарды қолданады. Image Credit: Мюнхен техникалық университеті LCC.
Глэйс бұл алғашқы танк тұжырымдаманың дәлелі екенін растады. «3D басып шығару мен желімді қолдану тек алғашқы тестілеу үшін болды және бізге кездескен бірнеше проблемалар туралы түсінік берді. Мысалы, оралу кезінде, диапазенттер шиеленіс шыбықтарының ұштары бойынша ұсталды, талшықты сындыруды, талшықты зақым келтіруді және талшықтың мөлшерін осы есепке алуға мәжбүр етті. Біз алғашқы пластикалық құралдар ретінде бірнеше пластик қақпақтарды қолдандық.
Команда түрлі қайта құру сценарийлерімен тәжірибе жасады. «Айнала қарайтындар ең жақсысы», - дейді Грейс. «Сондай-ақ, прототиптеу кезеңінде біз жылуды қолдануға және галстуктың ұштарын қалпына келтіруге арналған модификацияланған дәнекерлеу құралын қолдандық. Жаппай өндіріс тұжырымдамасында сізде бір үлкен құрал, бұл стурлардың барлық ұштарын бір уақытта интерьердің қабатқа айналдыруы мүмкін. . «
Brawar бастары қайта жасалды. TU әр түрлі ұғымдармен тәжірибе жасады және дәнекерлеуді цистернаға бекіту үшін композициялық байланыстардың ұштарын туралаған. Image Credit: «Мюнхендегі текше қысымды кемелер үшін өндірістік процесті дамыту», Мюнхен техникалық университеті, полимерлер4 Агенен, ECCM20, 2022 жылғы маусым.
Осылайша, ламинат бірінші орамадан кейін емделеді, посттар қайта өңделеді, тербеліс жеуіштерді екінші ораманы аяқтайды, содан кейін сыртқы резервуар қабырғаға арналған ламинат екінші рет емделеді. Бұл 5 типті танк дизайны, яғни оның құрамында газ тосқауылы сияқты пластикалық төсемі жоқ екенін ескеріңіз. Төмендегі келесі қадамдардағы талқылауды қараңыз.
«Біз алғашқы демонстрацияны кесіп тастадық және қосқан жерлерге қысқарттық және қосылған аймақты салыстырды», - деді Глэйс. «Жабу біздің ламинатпен сапалы мәселелер бар екенін көрсетеді, ал Strut бастары ішкі ламинатқа тегіс қоймайды».
Резервуардың ішкі және сыртқы қабырғаларының ламинаты арасындағы проблемаларды шешу. Модификацияланған галстуктың басы эксперименттік танктің бірінші және екінші бұрылыстары арасындағы алшақтықты жасайды. Image Credit: Мюнхен техникалық университеті LCC.
Бұл бастапқы жазда 450 x 290 x 80mm 15 минимум аяқталды. «Содан бері біз көп жетістіктерге жеттік, бірақ бізде әлі де интерьер мен сыртқы ламинат бар», - деді де, Глэйс. «Сондықтан біз олқылықтарды таза, тұтқырлығы жоғары шайырмен толтыруға тырыстық. Бұл іс жүзінде механикалық кернеуді едәуір арттыратын арықтар мен ламинат арасындағы байланысты жақсартады ».
Команда резервуардың дизайны мен процесін, соның ішінде қалаған таратудың шешімдерін әзірлеуді жалғастырды. «Сынақ резервінің жақтары толығымен бұйналмаған, өйткені бұл геометрияға орамалды жол салу қиын болды», - деп түсіндірді Глэйл. «Біздің алғашқы орамалы бұрыш 75 ° болды, бірақ біз бірнеше тізбектер осы қысымды кемедегі жүктемені қанағаттандыру үшін қажет екенін білдік. Біз әлі күнге дейін бұл мәселенің шешімін іздеп жүрміз, бірақ қазіргі уақытта нарықта бағдарламалық жасақтамамен оңай емес. Ол келесі жоба болуы мүмкін.
«Біз бұл өндіріс тұжырымдамасының орындылығын көрсеттік», - дейді Глейс, бірақ біз ламинат арасындағы байланысты жақсарту және өзектерді родтарды өзгерту үшін одан әрі жұмыс істеуіміз керек. «Тестілеу машинасындағы сыртқы тестілеу. Сіз тіректерді ламинаттан шығарып, механикалық жүктемелерді сынап көресіз және сол буындар төтеп бере аласыз ».
Полимерлердің бұл бөлігі 2023 жылдың аяғында аяқталады, оның ішінде глейис екінші демонстрациялық резервуарды аяқтайды деп үміттенеді. Бір қызығы, дизайн бүгінде резервуар қабырғаларындағы кадрлар мен термосет композиттеріне ұқыпты күшейтілген термопластиктерді қолданады. Бұл гибридті тәсіл қорытынды демонстрация резервуарында қолданыла ма? «Иә», - деді Грейс. «Полимерлердегі серіктестер4 Аңыз жобасы» жобасы - эпоксидикалық шайырларды және сутегі тосқауылының қасиеттері бар басқа да композиттік матрицалық материалдарды әзірлеу. Бұл жұмыста, PCCL және Тампере университеті (Тампер, Финляндия) жұмыс істейтін екі серіктесті тізімдейді.
Глейс және оның командасы сонымен қатар, LCC конформды композициялық танкінен екінші гидден жобасындағы Jaeger-мен таныспады және талқыланды.
«Біз зерттеу дрондарына арналған конформды композициялық қысымды ыдыс шығарамыз», - дейді Джейгер. «Бұл Tum - LCC аэроғарыш және геодезиялық бөлімі мен тікұшақ технологиясы кафедрасының екі бөлімі мен (HT) екі бөлімі арасындағы ынтымақтастық. Жоба 2024 жылдың аяғында аяқталады және біз қазір қысымды ыдысты аяқтаймыз. аэроғарыштық және автомобиль тәсілі болып табылатын дизайн. Осы тұжырымдамадан кейін келесі қадам - егжей-тегжейлі құрылымдық модельдеуді орындау және қабырға құрылымының тосқауылының орындалуын болжау. »
«Бүкіл идея - гибридті отын жасушасы мен батареяны қозғайтын жүйе бар,« барлау дронын жасау », - деп жалғастырды ол. Ол батареяны жоғары қуатты жүктемелер кезінде (яғни ұшыру және қону) пайдаланады, содан кейін жеңіл жүктеме кезінде жанармай ұяшығына ауысады. «HT Team қазірдің өзінде зерттеу дронында болды және PowerTrine-ді батареяны да, жанармай жасушаларын да қайта сатып алды», - деді иісі. «Олар сонымен қатар осы таратуды тексеру үшін CGH2 резервуарын сатып алды».
«Менің тобыма сәйкес келетін ыдыстарға арналған резервуармен қамтамасыз етілді, бірақ Цилиндрлік резервуар шығаратын орамалардан емес,» деп жауап берді ол. «Тұтас резервуар желге төзімді емес. Сондықтан сіз рейстің жақсаруы ». Резервуарлардың өлшемдері шамамен. 830 x 350 x 173 мм.
Толығымен термопластикалық AFP үйлесімді резервуар. Hydden жобасы үшін «ТУ» ЖШС командасы бастапқыда Глейстің (жоғарыда) қолданылған осындай тәсілді зерттеді, бірақ содан кейін бірнеше құрылымдық модульдердің жиынтығын қолдана отырып, содан кейін AFP (төменде) пайдаланылды. Image Credit: Мюнхен техникалық университеті LCC.
«Бір идея Элизабет [Глейсс] тәсіліне ұқсас», - дейді Ягендер, «Ягендер», - дейді. Алайда, резервуарды жасау үшін орамалды қолданудың орнына, біз AFP қолданамыз. Сондықтан, біз тіректердің біріктірілген қысым ыдысының жеке бөлімін құру туралы ойладық. Бұл тәсіл маған осы біріктірілген модульдердің бірыңғай қосылуына мүмкіндік берді, содан кейін AFP-дің соңғы орамаларына дейін бәрін жабыстыру үшін аяқталады. »
«Біз мұндай тұжырымдаманы аяқтауға тырысып жатырмыз, - деп жалғастырды ол», - деп жалғастырды ол », сонымен қатар, H2 газының енуіне қажетті қарсылық танытқан материалдарды іріктеуді бастайды. Ол үшін біз негізінен термопластикалық материалдарды қолданамыз және материалдың осы қондырғы мен AFP машинасында қандай транзакцияға әсер ететіні туралы жұмыс істеп жатырмыз. Емдеу нәтиже беретінін және егер өңдеуден кейінгі кез-келген қажет болса, түсіну маңызды. Әр түрлі бағандар қысым ыдысының сутегі қондырғысына әсер ететінін білгіміз келеді ».
Резервуар толығымен термопластиктен жасалады және жолақтарды Teijin Carbon Euroue GmbH (Wooppertal, Германия) ұсынады. «Біз олардың PPS [POLYHENELINE SULFIDE], PPS [PolyEther Ketone] және LM PAEK [төмен балқытатын полярл Кетоне] материалдарын қолданамыз», - деді Ягер. «Содан кейін« енуді қорғау және жақсы өнімділігі бар бөлшектерді шығару үшін қайсысын салыстыру »жасалады.» Ол келесі жылы тестілеуді, құрылымдық және технологиялық модельдеуді және алғашқы демонстрацияларды аяқтайды деп үміттенеді.
Зерттеу жұмысы федералды климаттың өзгеруі, қоршаған орта, энергетика, инновациялар, инновациялар, инновациялар, инновациялар және технологиялар федералды Министрлігінің «Полимерлер4хидрогені» (21647053) кометум модулінде жүргізілді. . Авторлар Қатысушы серіктестер полимерлі құзіреттілігінің орталығына (PCCL, AURCTIA), Монтануниверсита Леобен (полимер инженерия және ғылым факультеті, полимерлі материалдар химия факультеті, материалдардан және полимерлі тестілеу бөлімі), Тампере университеті (Инженерия факультеті) Материалдар). ) Ғылым), PEAK технологиясы және фурексия бұл ғылыми-зерттеу жұмыстарына ықпал етті. Кометон модульді Австрия үкіметі және Штирия мемлекетінің Үкіметі қаржыландырады.
Жүктелген құрылымдарға арналған алдын-ала арматураланған парақтарда үздіксіз талшықтар бар - тек әйнектерден ғана емес, сонымен қатар көміртектен және арамидтен де бар.
Құрама бөлшектерді жасаудың көптеген әдістері бар. Сондықтан белгілі бір бөлікке арналған әдісті таңдау материалға, бөлікті, ал түпкілікті пайдалануды немесе қолдануға байланысты болады. Мұнда таңдау бойынша нұсқаулық бар.
Шокер Композиттері және R & M International қайта өңделген көміртекті талшықты желіні дамытуда, ол нөлдік союды қамтамасыз етеді, бұл реңктерден гөрі, пәк талшыға қарағанда төмен және ақыр соңында құрылымдық қасиеттерге сәйкес келетін ұзындықтарды ұсынады.
POST TIME: MAR-15-2023