de.wedoany.com-Bericht: Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM (Bremen, Deutschland) hat das HYTANK-Projekt abgeschlossen und eine Fertigungs- und Fügetechnologie für große doppelwandige Flüssigwasserstofftanks (LH₂) aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) entwickelt. Die Forschungsergebnisse wurden auf der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung Berlin 2026 (ILA 2026) präsentiert und könnten im Bereich der emissionsfreien Luftfahrt Anwendung finden.
Das vollständige Projekt trägt den Titel „Entwicklung von Beschichtungs-, Füge- und Montageprozessen zur Herstellung von CFRP-Flüssigwasserstofftanks für emissionsfreie Flugzeuge" und wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des LuFo VI-3-Programms gefördert. Geleitet wurde es von der Airbus Operations GmbH (Hamburg), mit Partnern wie der Broetje-Automation GmbH (Rastede), dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR, Köln), dem Faserinstitut Bremen (Bremen), der FFT Produktionssysteme GmbH & Co. KG (Fulda), der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung sowie der Technischen Universität Dresden.
Laut Fraunhofer IFAM ist Flüssigwasserstoff ein vielversprechender Antriebsstoff für zukünftige Verkehrsflugzeuge, stellt jedoch hohe Anforderungen an die Lagerung: Der Tank muss bei -253 °C strukturell intakt und dicht bleiben sowie mechanischen und thermischen Belastungen standhalten. CFRP-Materialien bieten Gewichtsvorteile, doch die Tieftemperaturumgebung, Druckwechsel und die Verwendung unterschiedlicher Materialien erfordern maßgeschneiderte Design- und Prozesslösungen. Das HYTANK-Konsortium begegnete diesen Anforderungen durch drei parallele Forschungsrichtungen: Oberflächenvorbehandlung, Entwicklung von Barriereschichten und automatisierte Montage.
Bei der Oberflächenvorbehandlung stellte die zuverlässige Haftung auf CFRP-Oberflächen aufgrund von Trennmittelrückständen aus dem Herstellungsprozess eine Herausforderung dar. Das Projekt evaluierte vier Methoden: Vakuumstrahlen, Atmosphärendruck-Plasmabehandlung, Vakuum-UV-Bestrahlung und Laserbehandlung, von denen sich drei als grundsätzlich geeignet erwiesen. Die Wahl der optimalen Methode hängt von der Bauteilgeometrie, dem CFRP-Materialtyp sowie der Art und Menge des Trennmittels ab. Trockene, berührungslose Verfahren zeigten spezifische Vorteile: Die Atmosphärendruck-Plasmabehandlung verbessert Benetzbarkeit und Haftung, ohne das Substrat nennenswert thermisch oder mechanisch zu belasten; die Vakuum-UV-Bestrahlung aktiviert die Oberfläche durch Einführung polarer funktioneller Gruppen; die Laserbehandlung ermöglicht eine präzise Reinigung und Oberflächenaktivierung.
Im Bereich der Barriereschichten entwickelte das Fraunhofer IFAM ein Beschichtungssystem auf Basis polymerer Bindemittel mit Barrierepigmenten, das die Gasdurchlässigkeit der polymerbasierten Tankstruktur reduzieren, die Wasserstoffpermeation nach außen begrenzen und das Eindringen von Sauerstoff und Feuchtigkeit verhindern soll. Die Beschichtung weist eine schichtartige Struktur auf, um den Diffusionsweg der Gasmoleküle zu verlängern und so die Permeabilität zu senken. Das Projektteam bewertete die Leistungsfähigkeit mittels Permeationsmessungen, Tieftemperatur-Zyklustests und Rasterelektronenmikroskopie und berichtete, dass die Beschichtung mit etablierten Sprühverfahren auf komplexe Geometrien aufgebracht werden kann, was ein Potenzial für den industriellen Transfer bietet.
Im Bereich der automatisierten Montage entwickelte das Fraunhofer IFAM ein Fertigungsverfahren für doppelwandige Tanks mit einer Länge von etwa sechs Metern, bestehend aus innerer und äußerer Tankhülle, integrierter Innenstruktur und Isolierschicht. Das Projekt wählte ein modulares Montagesystem auf Linearachsen, das parallele Handhabungs- und Fügeoperationen ermöglicht. Das Team baute einen Validierungsprüfstand mit einem linear verfahrbaren Montagesystem und führte eine messtechnische Zertifizierung durch, um kritische Variablen wie das Verhalten des Strukturklebstoffs, Überlappungs- und Spaltverhältnisse sowie die Kompression der Verbindungselemente zu untersuchen. Es wurde ein robotergeführter Endeffektor mit Rollenführung und Federmechanismus entwickelt, der beim automatischen Klebstoffauftrag einen konstanten Düsenabstand auf gekrümmten Fügeflächen einhält. Nach dem Klebstoffauftrag werden die Verbindungselemente automatisch über ein Schienensystem positioniert und gefügt, wobei Heizmatten die Aushärtung beschleunigen. Der Projektbericht stellt fest, dass die automatisierte Bearbeitung, Positionierung und Verklebung großer CFRP-Flüssigwasserstofftankstrukturen grundsätzlich machbar ist, jedoch für die industrielle Umsetzung noch die Weiterentwicklung von Toleranzmanagementstrategien, reproduzierbaren Spalteinstellungen und prozesssicheren Klebstoffauftragsmethoden erforderlich ist. Die im HYTANK-Projekt entwickelten Technologien könnten neben der Luftfahrt auch in den Bereichen Schifffahrt und Wasserstoff-Infrastruktur Anwendung finden.
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