Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines technisch-wirtschaftlichen Auslegungsinstruments für nachhaltige multifilamentgewickelte Faserverbund-Druckbehälter

Das derzeit für die Herstellung von Faserverbund-Druckbehältern für alternative Antriebskonzepte verwendete Nasswickelverfahren ist durch hohe Zykluszeiten nur bedingt für eine Serienfertigung geeignet. Eine Alternative bietet ein neues Multifilament-Wickelverfahren (MFW), das eine Vielzahl von Faserrovings gleichzeitig verarbeitet. Hierbei mangelt es aufgrund der Marktneuheit an Instrumenten und Modellen, die für eine wirtschaftliche und nachhaltige Fertigung notwendig sind.

Ziel von How2MultiWind ist die Sicherung einer nachhaltigen Herstellung von MFW-Druckbehältern. Zu dessen Erreichung werden folgende Aufgabenpakete definiert: Potentialanalyse (Anforderungen und Rahmenbedingungen), Ermittlung der Wirkzusammenhänge und Prozessparameter, Entwicklung eines Auslegungs- und Wirtschaftlichkeitsmodells, Ermittlung mechanischer Kennwerte, Entwicklung von Bauteil- und Software-Demonstrator, Validierung und Maßnahmenableitung für KMU sowie Transfer in die Wirtschaft durch Businessmodell-Entwicklung.

Ergebnisse sind

1.) ein physischer Bauteil-Demonstrator (MFW-Druckbehälter),

2.) ein wirtschaftlich-technisches Auslegungswerkzeug, das einerseits technische Wirkzusammenhänge und Maschinenparameter als Berechnungsgrundlage nutzt und andererseits die Analyse und Bewertung wirtschaftlicher und nachhaltigkeitsbezogener Faktoren ermöglicht sowie

3.) mögliche KMU-spezifische Businessmodelle.

How2MultiWind befähigt KMU, sich mithilfe einer nachhaltigen Prozessgestaltung neue bzw. verbesserte Absatzmöglichkeiten zu erschließen und zur wirtschaftlichen Umsetzung der Energiewende im Verkehrssektor beizutragen. Es ergibt sich ein durch Kostensenkungen hervorgerufener, langfristiger wirtschaftlicher Erfolg, z. B. durch Taktzeitreduktion und Produktivitätssteigerung. Die Nutzung der Forschungsergebnisse ermöglicht Vorsprünge gegenüber Wettbewerbern. KMU können so eine Vorreiterrolle auf dem Markt einnehmen und langfristig hochrelevante Zielgrößen und Strategien in den Blick nehmen.

Ergebniszusammenfassung:

Zu Beginn des Projekts wurden Anforderungen und Fragestellungen mit dem projektbegleitenden Ausschuss (PA) definiert. Auf dieser Basis wurde ein Prozessfenster abgeleitet, wodurch Porositäten von unter 2,5% erzielt werden konnten. Weiterhin wurde ein Verfahren zur Flachprobenherstellung von Towpregs für den MFW-Prozess entwickelt, welches die Prozesseigenschaften des MFW-Verfahrens abbildet und die konventionelle Prüfung der Materialeigenschaften gewickelter Bauteile ermöglicht. Auf dieser Basis wurden Materialkarten erarbeitet und für die Auslegung von Drucktanks herangezogen. Es wurden zwei Drucktankkonzepte entwickelt, hergestellt und im Berstversuch validiert. Hierbei wurde ein mittlerer Berstdruck von 1.141,5 bar bei einer gravimetrischen Speicherdichte von 2,26% (kg Wasserstoff pro kg Tank) erreicht und dadurch das MFW-Verfahren mit dem alternativen Materialansatz erfolgreich demonstriert. Parallel wurde ein Modell zur wirtschaftlich-technischen und nachhaltigkeitsbezogenen Bewertung der Drucktanks entwickelt, auf dessen Basis unterschiedliche Fertigungsverfahren für Drucktanks vergleichend bewertet wurden. Es zeigte sich hierbei insbesondere, dass das MFW-Verfahren, im Vergleich zu bereits etablierten Verfahren, einige Vorteile aber auch noch deutliche Potenziale zur Verbesserung diverser Nachhaltigkeitsaspekte hat. Auf Basis des Modells wurde ein Software-Demonstrator programmiert und validiert mit dessen Hilfe Anwendende in KMU unterschiedliche Fertigungsverfahren bzgl. technisch-wirtschaftlichen und nachhaltigkeitsbezogenen Faktoren zukünftig bewerten und vergleichen können. Zuletzt wurden technische und wirtschaftliche Herausforderungen in Form eines Maßnahmenkataloges abgeleitet, die zur erfolgreichen Verwertung der Forschungsergebnisse in KMU adressiert werden sollten. Ein abschließend durchgeführter Business-Modell Workshop gibt darüber hinaus Empfehlungen für die wirtschaftlichen Anwendungsmöglichkeiten des MFW-Verfahrens.