Tanksysteme im Auto

Meinolf Droege,

Wasserstofftanks mit geringen Investitionskosten produzieren

Ein neues Konzept für HD-RTM-Werkzeuge ermöglicht es, kompakte, in viele Fahrzeugtypen einbaubare modular aufgebaute Wasserstofftanks schnell und reproduzierbar zu fertigen. In den selbstschließenden Formen werden die Tankmodule aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CfK) autark hergestellt. Eine Presse oder weitere Produktionsanlagen wie Autoklaven zum Aushärten werden nicht benötigt.

Mit den neuen HD-RTM-Werkzeugen können kompakte Tanks flexibel in verschiedenen Größen produziert werden. Da sie modular aus einzelnen CfK-Zylindern aufgebaut werden, können sie den Bauräum der Fahrzeuge angepasst werden © BBG

Hierzu werden zylindrische Hohlkörper mit einer Kohlenstofffaser umflochten, dann wird im beheizten Werkzeug unter hohem Druck ein niedrigviskoses, harzbasiertes Gemisch injiziert. Nach dem Aushärten im Werkzeug können die CfK-Zylinder entnommen und modular zu einem Tank verbunden werden. Der Werkzeug-, Maschinen- und Anlagenbauer BBG entwickelt und fertigt seit Jahren Werkzeuge für das Hochdruck-Resin Transfer Molding (HD-RTM)-Verfahren. Bereits 2019 hat das Unternehmen auf der Composite-Messe JEC World eine Form zur Produktion von Wasserstofftanks präsentiert.

Da die Tanks modular aus einzelnen Zylindern aufgebaut werden, können sie dem Bauraum eines Fahrzeugs angepasst werden. So lassen sie sich beispielsweise platzsparend in der Bodengruppe integrieren. Bei einem mit 700 bar Druck gefüllten Wasserstofftank erreichen Personen- und Nutzfahrzeuge mit der Brennstoffzellen-Technologie Reichweiten wie Verbrennungsmotoren.

Zuerst werden die inneren Hüllen der Zylinder, die Liner, mit Kohlenstofffaser umflochten © BBG

Zuerst werden die inneren Hüllen der Zylinder, die Liner, mit Kohlenstofffaser umflochten. Anschließend werden die präparierten Rohlinge in die zweiteilige Form eingelegt. Je Arbeitsgang können bis zu 15 Zylinder mit Durchmessern ab 50 Millimeter gleichzeitig produziert werden. Nachdem sich das beheizte Werkzeug selbsttätig geschlossen hat, wird unter hohem Druck ein niedrigviskoses, harzbasiertes Gemisch injiziert. Dieses durchdringt das Geflecht und umschließt dabei die einzelnen Fasern gleichmäßig und ohne Fehlstellen. Nach dem Aushärten in der Form können die fertigen und druckstabilen Bauteile entnommen und zum Tank miteinander verbunden werden.

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Ein Tank besteht aus mehreren CfK-Zylindern mit kleinen Durchmessern, die miteinander verbunden werden © BBG

Die Serienfertigung mit selbstschließenden Werkzeugen bietet gegenüber anderen Verfahren den Vorteil der einfachen Technik und damit einhergehend geringe Investitionskosten. Der Ersatz großer zylindrischer Wasserstoffspeicher durch kompaktere Tanks sowie die Senkung der Herstellungskosten spielen bei der Entwicklung von Brennstoffzellen-Fahrzeugen eine wichtige Rolle. Nach Lösungen sucht unter anderem das Forschungsprojekt Bryson, an dem neben BMW die TU Dresden, die Hochschule München und das Leichtbauzentrum Sachsen beteiligt sind.

Tanks effizient und prozesssicher herstellen

Gerhard Hörtrich, Projektleiter und Vertriebsleiter bei BBG, verweist auf die große Erfahrung des Unternehmens im Werkzeug- und Formenbau: „Da der hohe Druck, mit dem Wasserstofftanks beaufschlagt werden, hohe Ansprüche an die Bauteil-Stabilität stellt, legen wir ganz besonders großen Wert auf höchste Präzision bei der Planung und Herstellung der HD-RTM-Werkzeuge.“ Damit gleichzeitig die Fertigung der Wasserstofftanks möglichst effizient sei, sei unter anderem ein prozesssicheres Abdichtungssystem entwickelt und integriert worden. Es sorge dafür, dass bei der Verarbeitung des Harzgemischs so gut wie keine manuelle Nacharbeiten notwendig seien.

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