Konsortialprojekt DAVID erfolgreich gestartet

Bei DAVID handelt es sich um ein Konsortialprojekt mit insgesamt zehn Partnern aus der Industrie und Forschung, welches vom IKV als Nachfolgeprojekt von DELFIN initiiert wurde und für das das IKV die Konsortialführerschaft innehat. Die zentrale Zielstellung ist eine CO₂-Einsparung von -21 % CO₂-eq je Behälter bei der Herstellung durch Ressourceneffizienz und –substitution zu erreichen. Dies soll durch die Anwendung neuer durchgängiger digitaler Auslegungsmethoden, inline-Qualitätssicherungsmaßnahmen und dem Einsatz neuer angepasster Werkstoffkompositionen und Verarbeitungstechnologien erreicht werden.

Das KickOff-Treffen startete in ungezwungener Atmosphäre bei sommerlichen Temperaturen und strahlender Abendsonne mit einem gemeinsamen Grillen am IKV. Am Folgetag wurde nach einer Vorstellungsrunde und Technikumsführung im Rahmen von Workshops die einzelnen Arbeitskreise intensiv inhaltlich diskutiert.

Über das Projekt DAVID:

Leichtbau-Druckbehälter sind wesentlicher Befähiger zum Einsatz von CO₂-neutralen, auf Wasserstoff basierenden Antrieben im Transportwesen. Während auch in absehbarer Zukunft der Batteriespeicher den Bereich der PKW dominieren wird, ist Wasserstoff bei schweren Fahrzeugen wie LKW, Bussen, Bahn und Marine heute die bevorzugte Lösung als Alternative zu klassischen Treibstoffen. Der Wasserstoff muss jedoch bei hohen Drücken (350-700 barü) oder tiefen Temperaturen gespeichert werden. Dies ist für mobilen Anwendungen aufgrund der Leichtbauanforderungen nur durch den Einsatz von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) als Werkstoff attraktiv umsetzbar.

Traditionell werden diese dickwandigen Strukturen aus duroplastischen Systemen im Nasswickelverfahren hergestellt. Hervorzuheben ist jedoch die deutlich höhere Materialausnutzung, was sich positiv auf das CO₂-Einsparpotential auswirkt. Der Laminataufbau der Faserverbundwicklung wird maßgeblich von den Grenzen der Faserbandablagemöglichkeit bestimmt. Eine Vergleichmäßigung der lokalen Beanspruchung im Laminat und damit eine optimale Materialausnutzung ist heute noch nicht erreicht, was zu einer Überdimensionierung und damit erhöhtem Werkstoffeinsatz führt. Des Weiteren sind die effektiven Eigenschaften des Werkstoffs, die Alterung sowie die Lasten stochastischer Natur, was aktuell ebenfalls zu einer signifikanten Überdimensionierung führt. Diese Überdimensionierung lässt sich jedoch reduzieren, indem eine inlinefähige Prozessüberwachung zur Erkennung festigkeitsreduzierender Prozessabweichungen entwickelt und eingesetzt wird.

Technologisches Ziel des gestarteten Forschungsvorhabens ist es, mittels durchgängiger Digitalisierung sowie anwendungsspezifischer Charakterisierung und Modellierung eine realistische Beschreibung der Behälterwerkstoffe und des Gesamtsystems während der Herstellung und des Produktlebenszyklusses zu erlangen. Es wird die Wechselwirkungen innerhalb Maschine-Prozess-Material-Morphologie-Werkstoffeigenschaftsbeziehung experimentell und simulativ analysiert, mit geeigneten Methoden modelliert und für Optimierungen in der Simulation in Form eines digitalen Zwillings der gefertigten Druckbehälter nutzbar gemacht werden. Dieses Verständnis aufzubauen und in virtuellen Methoden abzubilden, ist ein zentrales Ziel, um den Werkstoffausnutzungsgrad deutlich zu erhöhen und somit CO₂-Einsparung durch Ressourceneffizienz sicherzustellen.

Weiterhin sollen alternative Werkstoffe wie vorimprägnierte Faserbänder, sog. Towpregs verbessert und eingesetzt werden, was ein hohes Werkstoffeinsparpotential verspricht. Besonders in Bezug auf die eingesetzten Werkstoffe ist eine ausgeprägte Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften vom hydrostatischen Druck, der Temperatur und der physikalischen Belastung wie dem Medieneinfluss erkennbar, was sich weiterhin auf das Schädigungsverhalten auswirkt. Zu diesem Zweck wird im Forschungsvorhaben eine Prüfanlage entwickelt, mit der Werkstoffprüfung unter zyklischen, dynamischen triaxialen Belastungen mit Wasserstoff als Druckmedium möglich sind. 

Partner im Konsortialprojekt DAVID:

• NPROXX Jülich GmbH
• Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
• FORM+TEST Seidner&Co. GmbH
• Elkamet Kunststofftechnik GmbH
• ISATEC GmbH
• Westlake Epoxy GmbH
• FORWARD ENGINEERING GmbH
• Teijin Carbon Europe GmbH
• Envalior GmbH