Simulations- und testbasierte Nachweisführung von Klebeverbindungen und Entwicklung von Füge- und Montage-Prozessen zur Herstellung eines CFK-LH2-Tanks für das emissionsfreie Fliegen

HYTANK

Das Projekt HYTANK zielt auf die Entwicklung von Füge- und Montageprozessen für einen Flüssigwasserstoff-Tank in Faserverbundbauweise für ein wasserstoffangetriebenes Verkehrsflugzeug ab, welche zwingend für die H₂-dichte Verbindung von Strukturkomponenten als auch Integration von Systemkomponenten notwendig sind. Innerhalb des Vorhabens werden Klebstoffe für den Einsatz in kryogenen Wasserstofftanks spezifiziert und untersucht, da bisher im Gegensatz zur Raumfahrt weder Klebstoffe noch Füge- und Montageprozesse für eine Luftfahrtanwendung mit einer Lebensdauer von bis zu 30 Jahren vorliegen.

Kurzbeschreibung

Der Einsatz des Energieträgers Flüssigwasserstoff (LH₂) in zukünftigen Flugzeugprogrammen ist eine vielversprechende Möglichkeit zur Reduktion von klimaschädlichen Emissionen. Hierdurch wird der Ausstoß von CO₂ eliminiert und der Ausstoß von NO_x sowie die Bildung von Kondensstreifen entscheidend gesenkt. Airbus hat hierauf mit dem übergeordneten Ziel der Entwicklung eines Regionalflugzeuges mit Wasserstoff-Antrieb bis 2035 reagiert.

Da LH₂ anders als Kerosin in erheblich größeren Tanks innerhalb des Flugzeugs gespeichert werden muss und LH₂ zugleich anspruchsvoller zu handhaben ist als Kerosin, arbeitet Airbus an innovativen Tankkonzepten unter Berücksichtigung der eingesetzten Materialien sowie ihrer Prozesse. Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe (CFK) besitzen sehr gute gewichtsspezifische Eigenschaften, sodass z.B. beim A350 neben einer Gewichtseinsparung auch Kerosin eingespart werden konnte. Zudem konnten dadurch größere Reichweiten erzielt werden. Durch den Einsatz von CFK ergeben sich auch bei Wasserstoffspeichersystemen gewichtsspezifische Vorteile gegenüber metallischen Tanksystemen von bis zu 35 %. Allerdings müssen hierfür material- und prozessspezifische Herausforderungen, insbesondere in Bezug auf Wasserstoffpermeabilität und Vakuumintegrität, überwunden werden. Die verwendeten Klebstoffe innerhalb der Tankfertigung müssen diesen Anforderungen gerecht werden.

Das Projekt HYTANK zielt auf die Entwicklung von geeigneten Fügeprozessen zur Fertigung eines CFK-Tanks in Differentialbauweise ab. Als gegenläufiger Effekt ist bei der Differentialbauweise das geringe Mehrgewicht durch die Fügestelle zu erwähnen, wohingegen eine integrale Fertigung größere Herausforderungen hinsichtlich der Industrialisierbarkeit hat. Das Projekt HYTANK strebt eine Verkürzung der Entwicklungszeit von 19 Monaten für den Regionalflieger an, die eine erhebliche Einsparung an CO₂-Emissionen ermöglicht. Innovative, funktionale Oberflächenschutzsprozesse für CFK-Werkstoffe leisten einen wichtigen Beitrag für ein gewichtsoptimiertes Tank-Design, z.B. durch reduzierte Wanddicke der Tankhüllen dank eines Schutzes durch entsprechende Beschichtungen.

Für einen ganzheitlichen, ökologischen Ansatz werden bei diesem Projektantritt auch Themen des Datenmanagements und der Digitalisierung adressiert, um bei den notwendigen Prozessen zur Verarbeitung und der Montage den Nachbearbeitungsaufwand auf ein Minimum zu reduzieren und dem Grundsatz einer nachhaltigen Produktion zu entsprechen.

Laufzeit

01.01.2023 – 31.03.2026

Projektpartner

Wissenschaftliche Projektpartner:

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Bremen
https://www.ifam.fraunhofer.de/

Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Professur für Leichbaudesign und Strukturbewertung
https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/ilk/das-institut/professuren/prof-maik-gude

Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, Schaufler-Professur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik
https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/iet/kkt

Faserinstitut Bremen e.V.
http://www.faserinstitut.de

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik
https://www.dlr.de/sy/