Druckspeicher für mobile Anwendungen

Motivation 

Das übergeordnete Projektziel war die Entwicklung eines neuen Design- und Herstellungskonzepts für Druckspeicher für mobile Anwendungen. Dabei soll eine maximale Flexibilität hinsichtlich des Speichervolumens, des Speicherdrucks und der Bauraumausnutzung bei gleichzeitig großserientauglicher und kostengünstiger Herstellbarkeit ermöglicht werden. Die Analyse der aktuell eingesetzten Speichersysteme ergab, dass die angestrebte Entwicklung in Form eines modularen und flexibel skalierbaren Druckspeichers im Vergleich zu bestehenden Lösungen entscheidende Vorteile besitzt und ein beträchtliches Marktpotenzial vorhanden ist.

Für mobile Anwendungen (z. B. Automobil mit alternativen Antrieben) werden in der Regel monolithische, zylinderförmige Speicher des Typs 3 oder 4 eingesetzt, die durch eine vollständige Faserumwicklung zwar sehr gute Leichtbaukennwerte erzielen, jedoch folgende Nachteile für mobile Anwendungen aufweisen:

• Fertigung und Kosten: Hohe Herstellungskosten aufgrund des sehr aufwändigen und langsamen Wickelprozesses
• Bauraum: Die Integrationsfähigkeit in Fahrzeuge ist aufgrund des sperrigen und großen Bauraums dieser Speichertypen sehr begrenzt und führt zur Verringerung des Platzangebotes / Nutzvolumen des Fahrzeugs
• Modularität: Unterschiedliche Fahrzeuge benötigen unterschiedliche Speichergrößen. Ein einheitliches Speichersystem, das mindestens innerhalb der Flotte eines Fahrzeugherstellers genutzt werden kann, ist somit nicht möglich.
• Sicherheit: Eine Beschädigung der Wandung führt zum sofortigen Versagen des gesamten Speichersystems und zum schlagartigen Freiwerden des gesamten Speichervolumens.

Forschungs- und Entwicklungsziele

Kernidee des Lösungsansatzes war die Zerlegung der aktuell großen, sperrigen und kostenintensiven Einzelspeicher in eine Vielzahl von kleineren Speicherzellen, die sich zu beliebig großen Speichermodulen kombinieren lassen und durch eine skalierbare, kostengünstige Fertigungstechnologie auszeichnen. Da sich die erforderliche Wanddicke eines kugelförmigen Druckspeichers proportional zu seinem Innendurchmesser verhält, ist diese Zerlegung theoretisch ohne Gewichtszunahme möglich. Durch das Zusammenfassen von mehreren Speicherzellen zu einem Speichermodul kann ein Höchstmaß an Modularität erreicht und die Speichergröße entweder durch Variation der Speicherzellenanzahl oder durch Kombination mehrerer Speichermodule beliebig angepasst werden. Die Bauweise der Speichermodule wurde so gestaltet, dass eine Herstellung der Basisstruktur mittels großserientauglicher und hocheffizienter Fertigungsprozesse der Blechbearbeitung möglich ist. Die modulare Bauweise und die damit einhergehende Verwendung von wiederkehrenden Konstruktionselementen und Gleichteilen ermöglicht neben der Skalierung des Speichervolumens auch eine Skalierung der Fertigung hinsichtlich der Stückzahlen. Zur Realisierung dieses Ansatzes wurden im Rahmen des Projekts ein Gesamtkonzept, Methoden für die konstruktive Auslegung und die fertigungstechnischen Grundlagen erarbeitet und letztendlich die Umsetzbarkeit anhand eines Demonstrators nachgewiesen.

Laufzeit:
01.06.2019 – 31.03.2022

Finanzierung:
EFRE/SAB

Förderkennzeichen:
100342455

Partner:
a.i.m. all in metal GmbH