Herstellung Druckbehälter mit Potenzial für die Zukunft

Die Herstellung von Druckbehältern Typ IV aus Verbundwerkstoffen birgt viele Chancen. Sie stellt Produzenten jedoch auch vor Herausforderungen, die schon bei Konstruktion und Aufbau beginnen. Eine Prototypen-Fertigung für Druckbehälter beim Experten hilft die Materialien zu testen.

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Druckbehälter aus Verbundwerkstoffen Typ IV sind in den vergangenen Jahren verstärkt in den Fokus des Interesses geraten. Sie sind nicht nur korrosionsfrei, sondern ermöglichen dank geblasenem Innenliner außerdem eine deutliche Gewichtsersparnis. Und auch im Hinblick auf steigende Umwelt- und Sicherheitsanforderungen erzielen Composite-Druckbehälter Bestwerte.

Im Fokus der Aufmerksamkeit: Druckbehälter des Typs IV

Anhand von Materialzusammensetzung und einzelner Aufbaukomponenten unterscheidet man vier verschiedene Typen von Druckbehältern:

Typ I: Zu diesem Typ gehören traditionell hergestellte Hohlkörper aus Metall. In der Regel wird Stahl zur Produktion der Gasbehälter verwendet.

Typ II: Diese Metallbehälter werden ebenfalls aus Stahl gefertigt, jedoch mit einer geringeren Wandstärke. Um ausreichend Druckfestigkeit zu erzielen, kommt eine Faserwicklung im Zylinderbereich zum Einsatz.

Typ III: Dieser Druckbehälter-Typ besteht aus zwei Komponenten: Innenliner und Kohlefaserverbundmaterial. Das Medium wird durch einen Aluminiumzylinder gehalten, während die komplette Faserumhüllung zur Druckfestigkeit beiträgt.

Typ IV: Die Herstellungsmethode der vierten Kategorie bringt eine Neuerung mit sich. Das Innenelement besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff (typischerweise Polyamid oder ein Polyethylen hoher Dichte). Eine äußere Schutzschale aus Fasermaterial, das über Zylinder und Schultern gewickelt wird, erzeugt die Druckfestigkeit.

Dem Einsatz von Druckbehältern Typ IV wird derzeit eine große Aufmerksamkeit geschenkt. Ihr Anwendungsbereich reicht von Drucktanks für Wasserfilter über Gasflaschen für Flüssiggas bis hin zu Treibstoffbehältern für Erdgas und Wasserstoff. Darüber hinaus lassen sich durch die Entwicklung immer neuer Rohstoffe und Blasform-Technologien nicht nur laufend weitere Einsatzbereiche erschließen, sondern auch bestehende Anwendungen optimieren. So konnten beispielsweise die Permeationswerte bei Erdtanks durch den Einsatz von temperaturbeständigen Polyamiden wesentlich verbessert werden. Nutzt man neuartige Faserwerkstoffe als Verbundwerkstoff, lassen sich zudem die Materialkosten deutlich senken. Ein weiterer Vorteil des Druckbehälters Typ IV gegenüber Druckbehältern der Typen I+II ist eine erhebliche Gewichtsreduzierung, die sich bei einem Druckbehälter für Erdgas sogar bis 75 Prozent beläuft. Dies ermöglicht es, bei gleichem Gewicht eine größere Menge Gas zu tanken. Gleichzeitig gewährt ein Faserverbund aus harzgetränkten Fasern eine hohe Sicherheit.

Die Herausforderung sind die einzelnen Werkstoffe

Die Herausforderung bei der Konstruktion von Druckbehältern Typ IV ist das Zusammenspiel der einzelnen Werkstoffe in ihrer funktionellen Abhängigkeit (Liner-Werkstoff, Anschlussstück und Verbundwerkstoff). Diese gilt es sorgfältig zu prüfen, um Probleme bei der späteren Vermarktung der Druckbehälter zu vermeiden. So müssen Druckbehälter, ähnlich wie Behälter für Kraftstoffe, hohen Temperaturschwankungen von -40°C bis +80°C standhalten. Einschlägige Normen schreiben unter anderem produktabhängige Testreihen vor. Um die spätere Baumusterprüfung zu bestehen, sollten die Anforderungen dieser Tests bereits bei der Konstruktion von Behältern beachtet werden. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um einen Bersttest, einen Temperaturzyklustest, einen Fall- und Stoßtest, einen Alterungstest unter UV-Belichtung sowie einen Brand- und Beschusstest.

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