Wegweisender Ansatz für die Produktion von H2-Tanks: Cevotec, Roth and CIKONI erreichen 15% Gewichtsreduzierung bei Composite Drucktank

Cevotec hat zusammen mit einem Tankhersteller, dem Wickelanlagenhersteller Roth Composite Machinery und dem Composite-Ingenieurdienstleister CIKONI im Rahmen eines Industrieprojekts die Wirkung von lokalen Domverstärkungen für Composite-Tanks untersucht und erfolgreich demonstriert.

Cevotec hat eine industrielle Lösung zur Gewichts- und Materialeinsparung von Composite Drucktanks entwickelt, indem die Dombereiche des Tanks lokal verstärkt werden. Fiber Patch Placement (FPP) ist die erste Technologie, bei der die Domverstärkungen direkt auf dem Innenbehälter („Liner“) abgelegt werden können. Es handelt sich dabei um einen vollautomatisierten, industriellen Produktionsprozess, der mit bestehenden Nass- oder Towpreg-Wickelanlagen kombiniert werden kann.

Dieser Ansatz reduziert den Netto-Faserbedarf um ca. 15%, abhängig von den Spezifikationen eines Drucktanks. Bei gleichwertigen mechanischen Eigenschaften werden dadurch signifikante Gewichts- und Kosteneinsparungen ermöglicht. Aufgrund der geringeren Wandstärke durch weniger Fasermaterial können die verstärkten Tanks außerdem mehr Speichervolumen bei gleichbleibendem Bauraum bieten und haben eine bessere CO₂-Bilanz.

In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wurde erfolgreich ein optimierter Demonstrator in Originalgröße entwickelt. Das Hauptziel war die Optimierung der Faserablage, um Gewicht, Kosten und Produktionszeit zu reduzieren. Das Projekt umfasste alle Aspekte vom Laminatdesign über die Simulation und Optimierung, durchgeführt von CIKONI, bis hin zur eigentlichen Produktion und Prüfung der verstärkten Drucktanks. Darüber hinaus wurde die Umsetzung der FPP-Domverstärkungen in einer industriellen Produktionsumgebung bewertet. Mit dem erfolgreichen Abschluss der dritten Designiteration wurden die angestrebten Ergebnisse erreicht.

„Der 300-bar Typ-4 Drucktank hat eine dünneres Wickellaminat mit einer geringeren Anzahl an Lagen, die durch die Domverstärkungen ersetzt werden können. Im Vergleich zu einem 700-bar Tank stellt das eine größere Herausforderung dar“, erklärt Dr. Florian Lenz, Technischer Direktor bei Cevotec. „Um das optimale Design mit der größtmöglichen Materialeinsparung zu erreichen, wurden verschiedene Laminate untersucht. In der dritten Iteration haben wir gemeinsam mit den Projektpartnern 108% des geforderten Berstdrucks mit 15% weniger Material erreicht.“ Durch die Materialeinsparungen wird der CO₂-Fußabdruck erheblich reduziert und die Speichereffizienz der getesteten Tanks kann auf 6,1% erhöht werden – eine Verbesserung von 17% gegenüber dem Referenztank.

Cevotec baut derzeit eine für Drucktank-Verstärkungen optimierte FPP-Produktionsanlage in ihrem Technikum in Unterhaching bei München auf. Die SAMBA Pro PV Lab Anlage wird im Frühjahr 2024 für kommerzielle Projekte, Prototypenherstellung und Kundenentwicklungen zur Verfügung stehen. Thorsten Gröne, CEO und Mitgründer von Cevotec, unterstreicht die strategische Bedeutung der industriellen Domverstärkungen für Drucktanks: „Der erwartete Faserbedarf für Wasserstofftanks wird das verfügbare Faserangebot in den nächsten 5-10 Jahren übersteigen. Technologien wie FPP, die Ressourceneinsparungen ermöglichen, sind von strategischer Bedeutung für die globale Wettbewerbsfähigkeit.“ Interessenten können die Teams von Cevotec, CIKONI und Roth auf der JEC World, der führenden internationalen Composite Messe, in Paris vom 5. bis 7. März treffen.

Über Cevotec:

Der Münchner Automations-Spezialist Cevotec bietet eines der weltweit modernsten Produktionssysteme für komplexe Faserverbundwerkstoffe an. An der Schnittstelle zwischen Faserverbund, Maschinenbau und Software entwickelt das Unternehmen Produktionsanlagen und Software auf Basis der Fiber Patch Placement (FPP) Technologie: SAMBA und ARTIST STUDIO. Die Anlagen ermöglichen die automatisierte Ablage von Carbon- und Glasfasern, Klebefolien und anderen technischen Fasern auf komplexe 3D-Geometrien. Hersteller nutzen die FPP-Technologie, um z.B. Multimaterial-Composite Flugzeugstrukturen, Verstärkungen für CFK-Drucktanks und andere Hochleistungskomponenten in einem qualitätskontrollierten, vollautomatischen Legeprozess herzustellen. Der Umstieg von konventionellen Verfahren auf Fiber Patch Placement ermöglicht Kosten- und Zeiteinsparungen von 20-60%.

Über CIKONI:

CIKONI ist einer der führenden Anbieter von Entwicklungsdienstleistungen im Bereich der Faserverbundwerkstoffe in Deutschland. Durch Expertise sowohl in der Produkt- als auch Prozessentwicklung schlägt CIKONI die Brücke zwischen Struktureigenschaften und Automatisierung, um neue Klassen von Faserverbundbauteilen und Fertigungstechnologien für Kunden zu entwickeln. Mit langjähriger Erfahrung in der Entwicklung von CNG- und H2-Druckbehältern aus Verbundwerkstoffen bietet CIKONI Lösungen für Simulation, innovatives Design und Qualitätssicherung. 

Über Roth:

Roth Composite Machinery (Roth) entwickelt und fertigt Sondermaschinen für verschiedene Industrien, wie die Bürsten- & Besenproduktion, die Filterherstellung und die Veredelung von bahnenförmigen Medien sowie insbesondere für die Faserwickeltechnologie (Filament Winding). Roth ist bekannt für kundenspezifisch konzipierte Maschinen- und Automatisierungen mit perfekter Passgenauigkeit auf die Bedürfnisse der Anwendung und der Endproduktanforderungen. Im Geschäftsbereich Filament Winding & Prepreg bietet Roth seinen Kunden als Weltmarktführer Maschinen und Automatisierungslösungen für Hochleistungsprozesse an und unterstützt die Kunden damit sowie mit produktivitätserhöhenden Fertigungsprozessoptimierungen bei der Steigerung ihrer Wettbewerbsfähigkeit. Aufgrund des hohen Levels an Qualität in Präzision, Robustheit und Produktivität sind die Roth Maschinen erste Wahl z.B. in der Luft- und Raumfahrtindustrie, aber vor allem bei Herstellern von Hochdrucktanks für komprimierte Gase, wie Wasserstoff oder Erdgas, eingesetzt für alternative Antriebstechniken in nachhaltigen Mobilitätskonzepten.