Modellentwicklung zur schichtweisen Bestimmung des Faservolumengehalts in fasergewickelten Hochleistungsdruckbehälter für Wasserstoffspeicherung

Masterarbeit

Das Tankwickeln ist eine Schlüsseltechnologie für moderne Hochdrucktanks, insbesondere für Anwendungsfelder von Wasserstoffspeichern. Hierfür werden in Harz getränkte Carbon- oder Glasfasern mit verschiedenen Orientierungen um einen Kern (Liner) gewickelt, um Drücke bis über 1200 Bar standzuhalten. Das Element Wasserstoff ist für die klimaneutrale Transformation Deutschlands bis 2045 ein zentraler Baustein in diversen Branchen wie der Stahl- und Chemieindustrie, dem Verkehrssektor, der Energieversorgung sowie der Wärmeversorgung von Gebäuden.

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Ein entscheidender Parameter, der die mechanische Leistungsfähigkeit des Druckbehälters bestimmt, ist der sogenannte Faservolumengehalt. Dieser spiegelt das Volumenverhältnis zwischen Faser und Harz wider. Der Wickel- und Aushärteprozess beeinflusst diesen Parameter durch verschiedene physikalische Phänomene, die in einem Modell dargestellt werden sollen. Ein thermomechanisches Modell zur Berechnung der Faservolumengehälter ist bereits etabliert. Allerdings zeigen die experimentellen Daten unterschiedliche Charakteristika, die aktuell mit dem Modell nicht abgebildet werden. Ziel der Arbeit ist es, das bestehende Modell auf Basis von weiteren experimentellen Daten zu erweitern und eine aussagekräftige Kalkulation des Faservolumengehalts zu ermöglichen. Ziel ist zunächst die Entwicklung einer Prüfmethodik, mit der die Faservolumengehalte der einzelnen Wickellagen eindeutig quantifiziert und vergleichbar dargestellt werden können. Die Erweiterung des Modells geschieht dann auf Basis der ermittelten repräsentativen Daten.

Zielsetzung:

Ziel der Arbeit ist es, ein thermomechanisches Modell zur Berechnung des Faservolumengehalts in gewickelten Hochdrucktanks zu entwickeln. Hierfür soll eine geeignete Prüfmethodik aufgebaut werden, welche repräsentative experimentelle Daten generiert und für die Modellbildung verwendet wird. Dies soll eine präzisere und schichtweise Kalkulation des Faservolumengehalts ermöglichen, um die Modellgenauigkeit zu verbessern und physikalische Phänomene während des Wickel- und Aushärteprozesses realitätsnäher abzubilden.

Deine Aufgabenstellung:

Für eine Masterarbeit bearbeitest du folgende Aufgabenstellungen:

• Roboterbasiertes Wickeln von repräsentativen Wasserstofftanks
• Entwickeln eines Prüfaufbaus zur Messung des Faservolumengehalts für den Wickel- und den Aushärteprozess
• Korrelation der ermittelten Daten mit dem bestehenden Modell und Erweiterung der Faservolumengehalts Berechnung

Dein Profil

• Bevorzugte Studiengänge
  • Maschinenbau / Wirtschaftsingenieurwesen, Fachrichtung Maschinenbau
  • Computational Engineering Science (CES)
  • Simulation Sciences
  • Materialwissenschaften