Druckbehälter mit Potenzial für die Zukunft

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Der Aufbau eines Druckbehälters Typ IV ist nahezu bei allen Anwendungen gleich. Zur Aufnahme des Mediums dient ein geblasener Innenliner. Die Materialauswahl wird dabei durch die Anwendung vorgegeben; es kommen überwiegend HDPE und PA6 zum Einsatz. An den Innenliner wird ein Anschlussteil, bestehend aus Kunststoff oder Metallverbund, montiert oder verschweißt. Alternativ kann es auch schon während des Blasprozesses eingebracht werden. Um eine ausreichende Festigkeit zu erzielen, kommt anschließend ein Faserverbund aus harzgetränkten Fasern aus Glas, Karbon, Aramid oder Basalt zum Einsatz. Ein Stoßschutz vermeidet mechanische Beschädigungen von außen.

Herstellung von Druckbehältern des Typs IV

Da die Materialkosten bei Druckbehältern Typ IV recht hoch sind, sollte bei der Auslegung der Fertigungsanlagen ein großes Augenmerk darauf gelegt werden, den Ausschuss so gering wie möglich zu halten. Nur ein exakt runder Blasartikel, der in Länge und Durchmesser konstant ist, erlaubt später eine einwandfreie Faserwicklung. Daher kommt im Sinne einer wirtschaftlichen Produktion beim Blasformverfahren stets eine Wandstärkensteuerung zum Einsatz.

Der geblasene Innenliner wird mit einem Handling entnommen und in eine Nachkühlvorrichtung gelegt, um den Bereich zu kalibrieren, an dem im nächsten Schritt das Bossteil aufgeschweißt wird. Hier greift man meist auf die Technik des Heizele-mentschweißens zurück. Je nach Anwendung können jedoch auch andere mechanische Lösungen zum Tragen kommen. Nachdem die Oberfläche mittels Beflämmen, Plasma-oder Corona-Behandlung aktiviert wurde, wird ein Schaft in den Artikel eingeschraubt. Dieser dient zum Transport sowie zum Spannen in der Wickelanlage. Je nach Wanddicke des Liner- und Fasermaterials wird der geblasene Artikel vor dem Wickelvorgang außerdem mit einem Innendruck beaufschlagt. Der eigentliche Wickelvorgang läuft nach dem Beladen der Wickelanlage automatisch ab – vom Auflegen der Faser bis zum Abschneiden nach Fertigstellung. Die Wickelgeometrie, die einen wesentlichen Einfluss auf die Festigkeit des Artikels hat, wird dabei bereits in der Konstruktion des Artikels festgelegt. Schwieriger ist hingegen die Auswahl des richtigen Harzes. Dabei müssen nicht nur Tropf- und Trockenzeit berücksichtigt, sondern auch die Sättigung des Harzes auf den Faserwerkstoff abgestimmt werden. Um Temperatur und Luftfeuchtigkeit konstant zu halten, sollte der Wickelvorgang stets in einem klimatisierten Raum stattfinden. Während des Wickelvorgangs ist eine kontinuierliche Überwachung die Temperatur des Harzbades sowie die Fadenspannung notwendig. Nach dem Wickelvorgang wird das Harz ausgehärtet. Sofern es sich nicht um mittels UV oder IR aushärtende Harze handelt, durchläuft der Behälter nach Entnahme aus der Wickelmaschine einen Trockenofen. Temperatur und Trockenzeit werden durch die Harzformulierung vorgegeben. Im Allgemeinen liegt die Temperatur zwischen 100 und 140°C. Die Trockenzeit kann zwischen einer bis sieben Stunden variieren.

Als nächster Produktionsschritt erfolgt eine hydrostatische Festigkeitsprüfung. Hierzu wird der Behälter mit einem Prüfmedium – Wasser, Druckluft oder Prüfgasen – gefüllt und mit dem 1,5-fachen des Arbeitsdrucks über eine festgeschriebene Zeit getestet. Mit fertigungsbegleitenden Prüfungen wie Bersttest und pneumatischer Zyklusprüfung kann eine gleichbleibende Qualität nachgewiesen werden. Testmethoden wie Röntgen, Shearografie-Technologie oder Ultraschall haben zwar ebenfalls unterstützende Funktion, erweisen sich jedoch in der Praxis meist als sehr aufwändig.

Branche mit viel Potential in der Zukunft

Im Rahmen der Diskussion um eine Reduzierung des CO₂-Aufkommens gewinnen Antriebsmedien wie Erdgas oder Wasserstoff eine immer größere Bedeutung. Um sie wirtschaftlich in Fahrzeugen zu speichern, sind Druckbehälter Typ IV unverzichtbar. Besonders dort, wo keine zentrale Energieversorgung gewährleistet ist und der Transport von Energiemedien wie Gas den Alltag bestimmt, werden sich die leichten und sicheren Transportbehältnisse daher mit hoher Wahrscheinlichkeit durchzusetzen.

Das große Marktpotenzial von Druckbehältern Typ IV sowie die zahlreichen Möglichkeiten, die sich durch neue Werkstoffe und Technologien ergeben, wecken bei vielen Ingenieuren und Maschinenbauern einen gewissen Forschungsdrang. Doch auch hier muss die Sicherheit für Hersteller, Händler und Anwender immer an erster Stelle stehen. Falsches Profitdenken und unzureichende Erfahrungen können zu schweren Unfällen mit Druckbehältern führen. Welche Folgen dies für die Druckbehälterindustrie hat, zeigen die Vorkommnisse in China. Nach einem schweren Unfall wurden Druckbehälter Typ IV dort bis auf weiteres verboten.

Kautex Maschinenbau verfügt über langjährige Erfahrung mit der Fertigung von Druckbehältern Typ IV und bietet maßgeschneiderte Komplettlösungen zur Herstellung dieses Behältertyps. Je nach Stückzahl und Größe kommen dabei Kautex-Blasanlagen der Produktionsreihen KBS, KLS oder KCC zum Einsatz. Das Anwen-dungsspektrum reicht von 5-Liter-LPG-Flaschen bis hin zu Tanks mit einem Volumen von 160 Litern. In enger Zusammenarbeit mit dem Kunden entwickeln die Kautex-Experten nicht nur Lösungen für Themen wie Permeation oder Ventilanbindung. Auch sämtliche Zukäufe, Tests sowie Tüv-Zertifizierungen für die Artikel sowie die benötigte Peripherie werden über das Unternehmen abgewickelt. Der Kunde erhält schließlich eine schlüsselfertige Produktionsanlage.

Prototypen-Fertigung eröffnet neue Möglichkeiten

Der gestiegenen Nachfrage nach Composite-Druckbehältern begegnete Kautex Maschinenbau jüngst mit einer Erweiterung seines Kundenservices. So befindet sich im Kautex-Technikum seit kurzem eine Prototypen-Fertigung für Druckbehälter. Materialhersteller, Bestands- und Neukunden haben dort die Möglichkeit, ihre Materialien begleitet von einem Expertenteam zu testen und Prototypen von Composite-Druckbehältern herzustellen. Hierzu stehen neben Blasanlagen mit Materialaufbereitung eine Schweißanlage, eine Faser-Wickelmaschine, ein Trockenofen sowie umfangreiches Testequipment zur Verfügung.

* Siegfried Eckert ist Technologie-Manager bei der Kautex Maschinenbau GmbH in 53229 Bonn, Tel. (0228) 489-0, info@kautex-group.com, www.kautex-group.com

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