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Zur Gestaltung von Böden und Krafteinleitungen für modulare Hochdruckbehälter aus Faser-Kunststoff-Verbunden

Konstruktion, Berechnung, stoff- und reibkraftschlüssige Verbindungstechniken

Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei modulare Behälterbauweisen für Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) Hochdrucktanks und die hierzu benötigten Verbindungstechniken entwickelt.
Es wird eine reibkraftschlüssige Hybridbauweise untersucht, in der konkave Aluminiumböden mittels dreiteiliger Pressverbände (LPV) mit einen FKV-Zylinder verbunden werden. In einer numerischen Parameterstudie werden die maßgeblichen Einflussfaktoren des Konzepts analysiert und Gestaltungsempfehlungen erarbeitet. Die numerische Untersuchung wird durch die Herstellung eines Prototyps und der Durchführung eines Bersttests validiert, womit die Tauglichkeit des Konzepts experimentell nachgewiesen wurde.
Um die Montagekräfte bei der Fügung des Pressverbands zu senken und die Tragkraft der Verbindung zu steigern, werden zwei Oberflächenstrukturen mit richtungsabhängigen Reibwerten entworfen. Die Reib- und Haftungskoeffizienten der feingezahnten Oberflächen werden experimentell ermittelt und Kennwerte für die Bauteilauslegung erarbeitet.
Neben der Hybridbauweise wird eine weitere Behälterbauweise entwickelt, die auf der stoffschlüssigen Verbindung eines thermoplastischen FKV-Bodens mit Zylinder basiert. Anhand numerischer Untersuchungen werden Gestaltungsempfehlungen für das zweiteilige Bodenkonzept entwickelt. Für die Komponenten des Bodens werden Fertigungskonzepte ausgewählt, Presswerkzeuge hergestellt und erste Bauteile angefertigt.
Zur Umsetzung des stoffschlüssigen Behälterkonzepts wird ein an komplexe Fügeflächen anpassbares Heizelement zum Widerstandsschweißen faserverstärkter Kunststoffe entwickelt. Das Prozessfenster des Heizelements wird in einer experimentellen Untersuchung ermittelt und die erreichbaren Verbindungsfestigkeiten in Abhängigkeit des Feuchtegehalts der FKV-Probekörper ermittelt.