CFK / Composite-Druckbehälter
Die Arbeitsdrücke von Druckbehältern aus Faserverbundwerkstoff reichen von 10 bar bis 800 bar und Berstdrücken von rund 2000 bar.
Für die Konstruktion und Berechnung dieser Behälter hat ISATEC die Spezialsoftware ISAWIND entwickelt und in einer Vielzahl von Projekten erfolgreich eingesetzt. Die Software deckt sowohl die Simulation des Fertigungsprozesses als auch die Berechnung der komplexen Faserverbundstruktur ab und reicht bis zur Programmierung von CNC-Fertigungsmaschinen. Für detaillierte Finite-Elemente-Berechnungen dieser Tanks ist eine Schnittstelle zu ANSYS und LS-DYNA entwickelt worden.
Damit ist eine sehr präzise Auslegung hinsichtlich der geforderten Berstdrücke möglich. Aber auch das Verhalten in vorgeschriebenen Fallversuchen kann so untersucht werden. In Zusammenarbeit mit Automobilherstellern werden zudem Modelle für die Crash-Simulation entwickelt.
Druckbehälter aus Faserverbundwerkstoff bestehen neben der drucktragenden Hülle noch aus Innenbehältern (Liner) sowie Endstücken mit Ventilen. Die Innenbehälter können mittragend sein und bestehen dann aus Metall. Nicht mittragende Liner aus Kunststoff haben Vorteile bei Gewicht und Kosten. ISATEC ist in der Lage, die komplette Konstruktion eines Behälters unter Berücksichtigung der Interaktion von Hülle, Liner und Endstück zu berechnen und zu optimieren.
Weiterhin ist ISATEC sehr vertraut mit den Herstellverfahren und Wickelprozessen. Dazu liegen auch umfangreiche Erfahrungen mit Kohlenstoff-, Glas- und Basaltfasern im Nasswickel- und Towpreg-Verfahren sowie auch mit Thermoplastmaterialien vor. So können auch die erforderlichen Fasermengen, Taktzeiten und Kostenindikatoren bestimmt werden.
Die Druckbehälter werden gemäß der Richtlinien wie z.B. ECE R110 für Erdgasbehälter bzw. EC R134 für Wasserstoffbehälter entwickelt. Für Sonderanwendungen wie z.B. in der Raumfahrt werden die Tanks nach speziellen, kundenspezifischen Anforderungen aufgebaut.
Mittels CFD-Simulation kann auch die Befüllung von Wasserstoff-Hochdruckbehältern realitätsnah simuliert werden.
Neben den eigentlichen Behältern werden auch Racks und Container für komplette Tank- bzw. Transportsysteme konstruiert und berechnet. Hierbei werden mehrere einzelne Behälter in speziellen Tragstrukturen angeordnet und über aufwendige Leitungssysteme und Sicherheitsarmaturen miteinander verbunden.