Cisternae planae communes pro vehiculis electricis e hydrogenio (BEV) et vehiculis electricis e hydrogenio (FCEV) compositis thermoplasticis et thermoinduris utuntur, structura sceletali quae 25% plus H2 repositionis praebet. #hydrogenium #tendentiae
Postquam collaboratio cum BMW demonstravit receptaculum cubicum maiorem efficientiam volumetricam quam plures cylindri parvi praebere posse, Universitas Technica Monacensis inceptum suscepit ad structuram compositam et processum fabricationis scalabilem ad productionem serialem evolvendam. Fons imaginis: TU Dresden (summum) sinistrum), Universitas Technica Monacensis, Department of Carbon Composites (LCC).
Vehicula electrica cellae combustibilis (FCEVs), quae hydrogenio nullae emissionis (H2) impulsa sunt, media addita praebent ad proposita environmentalia nulla consequenda. Autocinetum privatum cellae combustibilis cum motore H2 intra 5-7 minuta impleri potest et 500 km percurrere potest, sed nunc carius est propter volumina productionis parva. Una via ad sumptus minuendos est suggestum commune pro exemplaribus BEV et FCEV uti. Hoc nunc fieri non potest quia receptacula cylindrica Typi 4, quae ad gas H2 compressum (CGH2) ad 700 bar in FCEVs conservandum adhibentur, non apta sunt compartimentis batteriarum subter corpus, quae diligenter pro vehiculis electricis designata sunt. Attamen, vasa pressionis in forma pulvinorum et cuborum in hoc spatium planum aptari possunt.
Diploma diplomatis US5577630A pro "Vas Pressurae Conformis Compositum", petitio a Thiokol Corp. anno 1995 deposita (sinistra) et vas pressorium rectangulare a BMW anno 2009 patentatum (dextra).
Departmentum Compositorum Carbonis (LCC) Universitatis Technicae Monacensis (TUM, Monaci, Germania) in duobus inceptis versatur ad hanc notionem evolvendam. Primum est Polymers4Hydrogen (P4H), ductum a Centro Competentiae Polymerorum Leoben (PCCL, Leoben, Austria). Opus LCC a Socia Elizabeth Glace praeest.
Alterum proiectum est Ambitus Demonstrationis et Progressionis Hydrogenii (HyDDen), ubi LCC a Investigatore Christiano Jaeger ducitur. Utrumque propositum habet demonstrationem magnae scalae processus fabricationis ad conficiendum receptaculum CGH2 idoneum utens compositis fibrae carbonis.
Limitata est efficacia volumetrica cum cylindri parvi diametri in cellulis planis accumulatoris (sinistra) et vasis pressionis cubicis typi 2 e tegumentis ferreis et involucro externo composito fibrae carbonis/epoxy (dextra) factis instituuntur. Fons Imaginis: Figurae 3 et 6 sunt ex "Numerical Design Approach for Type II Pressure Box Vessel with Internal Tension Legs" a Ruf et Zaremba et al. scripto.
P4H cisternam cubicam experimentalem fabricavit quae structuram thermoplasticam cum cingulis/fulcris tensionis compositis, resina epoxy fibra carbonis firmata involuta, adhibet. HyDDen similem designum adhibebit, sed depositionem fibrarum automaticam (AFP) ad omnia cisterna composita thermoplastica fabricanda adhibebit.
A petitione patentis a Thiokol Corp. ad "Composite Conformal Pressure Vessel" anno 1995 usque ad Patentum Germanicum DE19749950C2 anno 1997, vasa gasis compressi "quamlibet configurationem geometricam" habere possunt, sed praesertim formas planas et irregulares, in cavitate cum supporto testae connexa. Elementa ita adhibentur ut vim expansionis gasis sustinere possint.
Charta Laboratorii Nationalis Laurentii Livermore (LLNL) anno 2006 edita tres modos describit: vas pressorium conformale filamento convolutum, vas pressorium microreticulare structuram internam orthorhombicam reticulatam (cellulas parvas 2 cm vel minus) continens, vase H2 tenuibus parietibus circumdatum, et vas replicatorium, ex structura interna ex partibus parvis glutinatis (e.g., anulis plasticis hexagonalibus) et compositione tenui corticis exterioris constantem. Vasa duplicata optime apta sunt vasis maioribus ubi modi traditionales difficiles ad applicandum esse possunt.
Litterae patentes DE102009057170A a Volkswagen anno 2009 depositae vas pressionis in vehiculo impositum describit, quod magnam efficaciam ponderis praebebit simul usum spatii augendo. Vasa rectangularia connectores tensionis inter duos parietes rectangulares oppositos utuntur, et anguli rotundati sunt.
Supradicta aliaque notiones a Gleiss in commentario "Process Development for Cubic Pressure Vessels with Stretch Bars" a Gleiss et aliis apud ECCM20 (26-30 Iunii 2022, Lausanna, Helvetia) citantur. In hoc articulo, studium TUM a Michaele Roof et Sven Zaremba editum citat, quod invenit vas cubicum pressorium cum fulcris tensionis latera rectangula connectentibus efficacius esse quam plures cylindri parvi qui in spatium pilae planae aptantur, spatium repositionis circiter 25% plus praebentes.
Secundum Gleiss, problema cum magna multitudine cylindrorum parvorum typi 4 in capsa plana instituenda est quod "volumen inter cylindros magnopere reducitur et systema etiam superficiem permeationis gasis H2 maximam habet. Summa summarum, systema capacitatem repositionis minorem quam amphorae cubicae praebet."
Sunt tamen alia problemata cum forma cubica cisternae. "Plane, propter gas compressum, vires flexionis in parietibus planis compensandae sunt," dixit Gleiss. "Ad hoc, structura firmata necessaria est quae interne cum parietibus cisternae connectitur. Sed hoc difficile est facere cum materiis compositis."
Glace et eius turma conati sunt virgas tensionis firmantes in vas pressorium modo incorporare qui aptus esset ad processum filamenti convolvendi. "Hoc magni momenti est ad productionem magnae copiae," explicat, "et etiam nobis permittit ut exemplar convolvendi parietum vasis designemus ad orientationem fibrarum pro singulis onere in zona optimizandam."
Quattuor gradus ad fabricandum receptaculum cubicum compositum experimentale pro incepto P4H. Imago a: "Elaboratio processus productionis pro vasis pressionis cubicis cum brache", Universitas Technica Monacensis, inceptum Polymers4Hydrogen, ECCM20, Iunio 2022.
Ad "on-chain" efficiendum, turma novum conceptum ex quattuor gradibus principalibus constantem elaboravit, ut supra demonstratur. Fulcra tensionis, nigro colore in gradibus depicta, sunt structura praefabricata fabricata methodis ex incepto MAI Skelett sumptis. Pro hoc incepto, BMW "structuram" pro fenestra anteriore excogitavit, utens quattuor virgis pultrusionis fibris firmatis, quae deinde in structuram plasticam formatae sunt.
Structura cisternae cubicae experimentalis. Sectiones sceletales hexagonales, impressae tridimensionaliter a TUM utens filamento PLA non armato (summum), inserendo virgas pultrusionis CF/PA6 ut fibulas tensionis (medium), deinde filamentum circa fibulas involvendo (infra). Fons imaginis: Universitas Technica Monacensis LCC.
“Sententia est te posse structuram cisternae cubicae tamquam structuram modularem construere,” Glace dixit. “Hi moduli deinde in instrumento formatorio ponuntur, fulcra tensionis in modulis structurae collocantur, et tum methodus MAI Skelett circa fulcra adhibetur ut ea cum partibus structurae integrentur.” methodus productionis massalis, structuram efficientem quae deinde tamquam mandrelum vel nucleum ad involvendam testam compositam cisternae adhibetur.
TUM structuram cisternae quasi "pulvinum" cubicum designavit, lateribus solidis, angulis rotundatis, et figura hexagonali in summo et imo per quam vincula inseri et adnecti possunt. Foramina pro his fulcris etiam impressa sunt tridimensionaliter. "Pro primo nostro cisterna experimentali, sectiones structurae hexagonales tridimensionaliter impressimus utens acido polylactico [PLA, thermoplasticum biofundatum] quia facile et vile erat," dixit Glace.
Turma sexaginta octo virgas polyamidis 6 (PA6) pultrusis fibra carbonis firmatas a SGL Carbon (Meitingen, Germania) emit ad usum nexuum. "Ad conceptum experiendum, nullam formam fecimus," dicit Gleiss, "sed simpliciter intervalla in structuram nucleo faviformi impressam tridimensionaliter inseruimus et ea glutino epoxydo agglutinavimus. Hoc deinde mandrelum ad convolvendum receptaculum praebet." Animadvertit, quamquam hae virgae relative facile convolvuntur, nonnulla problemata gravia esse quae postea describentur.
“Primo gradu, propositum nostrum erat demonstrare facultatem fabricandi designii et problemata in conceptu productionis invenire,” explicavit Gleiss. “Itaque fulcra tensionis ex superficie externa structurae osseae protrudunt, et fibras carbonis huic nucleo adnectimus utens convolutione filamenti humidi. Post hoc, in tertio gradu, caput cuiusque virgae religationis flectimus. Thermoplasticum, ita calore tantum utimur ad caput reformandum ut applanetur et in primo strato involucri haereat. Deinde structuram iterum involvemus ut caput impulsivum planum geometrice intra receptaculum inclusum sit. Laminatum in parietibus.”
Operculum intermedium ad convolutionem. TUM opercula plastica in extremitatibus virgarum tensionis adhibet ne fibrae implicantur dum filamentum convoluitur. Imago a Universitate Technica Monacensi LCC.
Glace iteravit hanc primam cisternam demonstrationem conceptus esse. "Usus impressionis tridimensionalis et glutinis tantum ad probationem initialem fuit et nobis ideam paucarum difficultatum quas experti sumus dedit. Exempli gratia, durante convolutione, filamenta a finibus virgarum tensionis capta sunt, rupturam fibrarum, damnum fibrarum causantes, et quantitatem fibrarum minuens ad hoc compensandum. Pauca opercula plastica ut auxilia fabricationis adhibuimus, quae in perticis ante primum gradum convolutionis posita sunt. Deinde, cum laminae internae factae sunt, haec opercula protectora removimus et fines perticorum ante convolutionem finalem reformavimus."
Turma varia exempla reconstructionis experta est. "Qui circumspiciunt optime laborant," inquit Gratia. "Praeterea, per tempus prototypi creationis, instrumento soldadurae modificato usi sumus ad calorem applicandum et extremitates virgarum retorquendis reformandas. In notione productionis massalis, unum instrumentum maius haberes quod omnes extremitates fulcrorum in laminatum interiorem simul formare et formare posset."
Capita vectis trahendi reformata. TUM (Universitas Technica Monacensis) varias notiones exploravit et suturas mutavit ut extrema vinculorum compositorum ad laminam parietis cisternae adnecterentur, congruerent. Imago a: "Elaboratio processus productionis pro vasis pressionis cubicis cum fulcro", Universitas Technica Monacensis, proiectum Polymers4Hydrogen, ECCM20, Iunio 2022.
Ita, laminatum post primum gradum convolutionis curatur, stipites reformantur, TUM secundam convolutionem filamentorum perficit, et deinde laminatum parietis exterioris cisternae secundo curatur. Nota bene hoc designum cisternae typi 5 esse, quod significat non habere stratum plasticum ut impedimentum gasorum. Vide disputationem in sectione "Gradus Sequentes" infra.
"Primam demonstrationem in sectiones transversales secavimus et aream conexam in mappa designavimus," Glace dixit. "Proxima imago ostendit nos aliquas difficultates qualitatis cum laminato habuisse, cum capita fulcrorum non plana in laminato interiore iacerent."
Solvendo problemata cum hiatibus inter laminatum parietum interiorum et exteriorum cisternae. Caput virgae rectoriae modificatum hiatum inter primam et secundam gyrationem cisternae experimentalis creat. Fons imaginis: Universitas Technica Monacensis LCC.
Hoc primum receptaculum 450 x 290 x 80mm aestate proxima perfectum est. "Multum progressus inde fecimus, sed adhuc spatium inter laminatum interius et exterius habemus," Glace dixit. "Itaque conati sumus haec spatia resina pura, altae viscositatis implere. Hoc re vera nexum inter clavos et laminatum emendat, quod vim mechanicam magnopere auget."
Turma perrexit designum et processum cisternae evolvere, solutiones pro forma spirarum desiderata inclusis. "Latera cisternae probationis non plene curvata erant quia difficile erat huic geometriae viam spiralem creare," Glace explicavit. "Angulus noster spiralis initialis 75° erat, sed sciebamus circuitus multiplices necessarios esse ad onus in hoc vase pressorio implendum. Solutionem huic problemati adhuc quaerimus, sed non facile est cum programmate quod nunc in foro est. Fortasse proiectum subsequens fiet."
“Huius notionis productionis facultatem demonstravimus,” inquit Gleiss, “sed ulterius laborare debemus ut nexum inter laminatum meliorem reddamus et virgas reticulares refingamus. “Experimenta externa in machina probatoria. Interpositoria e laminato extrahis et onera mechanica quae hae commissurae sustinere possunt probas.”
Haec pars incepti Polymers4Hydrogen fine anni 2023 perficietur, quo tempore Gleis sperat se secundum receptaculum demonstrationis perfecturum esse. Curiose, hodie in exemplaribus thermoplastica nitida firmata in structura et composita thermoindurens in parietibus receptaculi utuntur. Num haec methodus hybrida in ultimo receptaculo demonstrationis adhibebitur? "Ita vero," Grace dixit. "Socii nostri in incepto Polymers4Hydrogen resinas epoxydicas et alias materias matricis compositas cum melioribus proprietatibus claustra hydrogenii evolvunt." Duos socios in hoc opere laborantes enumerat, PCCL et Universitatem Tamperiensem (Tampere, Finlandia).
Gleiss et eius turma etiam informationes permutaverunt et de ideis cum Jaeger de secundo incepto HyDDen e cisterna composita conformali LCC disputaverunt.
“Vas pressorium compositum conformale pro dronis investigationis fabricabimus,” Jaeger dicit. “Haec est collaboratio inter duo dipartimenta, Departamenti Aerospatialis et Geodetici TUM – LCC et Departamenti Technologiae Helicopterorum (HT). Proiectum ante finem anni 2024 perficietur et nunc vas pressorium perficimus, consilium quod magis ad accessum aerospatialem et autocineticum pertinet. Post hoc stadium conceptus initiale, gradus proximus est modelationem structurae accuratam perficere et praedicere actionem claustrae structurae muri.”
“Tota sententia est ut exploratorium drone cum systemate propulsionis hybrido cellae combustibilis et accumulatore evolvatur,” perrexit. Accumulatore utetur durante onera magnae potentiae (i.e., decollatione et appulsu) et deinde ad cellae combustibilis transibit durante navigatione leviori. “Turma HT iam drone investigationis habebat et systema propulsionis reformavit ut et accumulatores et cellas combustibilis uteretur,” Yeager dixit. “Etiam receptaculum CGH2 emerunt ad hanc transmissionem probandam.”
“Turmae meae mandatum est ut prototypum receptaculi pressionis construeret quod conveniret, sed non propter problemata involucri quae receptaculum cylindricum crearet,” explicat. “Receptaculum planius non tantam resistentiam vento praebet. Ita meliorem volatus facultatem obtines.” Dimensiones receptaculi circiter 830 x 350 x 173 mm.
Receptaculum thermoplasticum AFP omnino congruens. Pro incepto HyDDen, turma LCC apud TUM initio modum similem ei quod Glace adhibuit (supra) exploravit, sed deinde ad modum processit qui combinationem plurium modulorum structuralium adhibebat, qui deinde AFP (infra) nimis usi sunt. Imaginis auctor: Universitas Technica Monacensis LCC.
“Una idea similis est Elisabeth [Gleiss] methodo,” Yager dicit, “ut fibulae tensionales parieti vasis adhibeantur ad vires flexionis magnas compensandas. Attamen, loco processus convolutionis ad cisternam faciendam utendi, AFP utimur. Ergo, cogitavimus de creanda sectione separata vasis pressorii, in qua crates iam integratae sunt. Haec methodus mihi permisit ut plures ex his modulis integratis coniungerem et deinde operculum extremum adhiberem ad omnia obsignanda ante ultimam convolutionem AFP.”
“Conamur talem notionem perficere,” perrexit, “et etiam delectum materiarum experiri incipere, quod magni momenti est ad necessariam resistentiam penetrationi gasis H2 praestandam. Ad hoc, praecipue materiis thermoplasticis utimur et in variis modis laboramus quomodo materia hanc permeationis rationem et processum in machina AFP afficiet. Interest intellegere num tractatio effectum habebit et num processus posterior requiritur. Scire etiam volumus num strata varia permeationem hydrogenii per vas pressionis afficiant.”
Receptaculum ex materia thermoplastica tota fabricabitur, et laminae a Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, Germania) suppeditabuntur. "Materias eorum PPS [polyphenyleni sulfidum], PEEK [polyether cetone], et LM PAEK [polyaryl cetone lycopersici] utemur," Yager dixit. "Deinde comparationes fiunt ut videatur quae optima sit ad protectionem contra penetrationem et ad partes cum meliore effectu producendas." Sperat se intra annum proximum probationes, exempla structurae et processus, et primas demonstrationes perficere.
Investigatio intra modulum COMET "Polymers4Hydrogen" (ID 21647053) intra programma COMET Ministerii Foederalis pro Mutatione Climatica, Ambitu, Energia, Mobilitate, Innovatione et Technologia necnon Ministerii Foederalis pro Technologia Digitali et Oeconomia peracta est. Auctores gratias agunt sociis participantibus Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL, Austria), Montanuniversitaet Leoben (Facultas Ingeniariae et Scientiae Polymerorum, Department of Chemia Materiarum Polymerorum, Department of Science of Polymer Testing), University Tamper (Facultas Ingeniariae Materiarum), Peak Technology et Faurecia qui ad hoc opus investigationis contulerunt. COMET-Modulus a gubernatione Austriae et gubernatione civitatis Styriae sustentatur.
Laminae praefirmatae pro structuris portantibus fibras continuas continent – non solum ex vitro, sed etiam ex carbone et aramide.
Multae sunt rationes ad partes compositas fabricandas. Ergo, electio methodi pro parte particulari pendebit a materia, forma partis, et usu finali vel applicatione. Hic est dux selectionis.
Shocker Composites et R&M International catenam commeatus fibrae carbonis redivivae excolunt, quae nullam stragem, minorem pretium quam fibra virginalis praebet, et tandem longitudines offeret quae fibrae continuae in proprietatibus structuralibus appropinquant.
Tempus publicationis: XV Kalendas Apriles, anno MMXXIII