View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich
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9.1 Endplattendesign 159<br />
Gewichtsreduktion bezogen auf<br />
Referenzdesign [%]<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
Stahl Aluminium Titan GFK (+-22,5°) CFK (+-22,5°)<br />
Endplatte ohne Rippen - volle Vorspannkraft<br />
Endplatte ohne Rippen - halbe Vorspannkraft<br />
Endplatte mit Rippen - volle Vorspannkraft<br />
Endplatte mit Rippen - halbe Vorspannkraft<br />
Bild 9.12: Gewichtsreduktion bezogen auf das Referenzdesign [%] für verschiedene Vorspannkräfte<br />
Bei den Berechnungen mit verringertem Anzugsmoment summiert sich die Vorspannkraft der<br />
20 Zuganker auf insgesamt 35 kN. Die auf die Bipolarplatte wirkende Flächenpressung beträgt<br />
weiterhin 10 bar. Reaktionskräfte werden über die Linienlast am Bipolarplattenrand ausgeglichen.<br />
In Bild 9.12 ist für ausgewählte Werkstoffe die Gewichtsreduktion bezogen auf das<br />
Referenzdesign bei voller Vorspannung (70 kN) abgebildet. Für die einzelnen Werkstoffe sind<br />
die Gewichtsreduktionspotentiale durch verringerte Anzugskraft denen mit voller Anzugskraft<br />
gegenübergestellt. In Bild 9.12 sind ausschließlich die Geometrien mit außenliegenden Zugankern<br />
aufgetragen. Bei der Endplattengeometrie mit nach innen versetzten Zugankern ist die<br />
Durchbiegung der Endplatten hauptsächlich durch den konstanten Anpressdruck der Bipolarplatte<br />
bestimmt. In diesem Fall ist der Einfluss der Anzugskraft der Zuganker vernachlässigbar<br />
gering. Die Einsparpotentiale der Variationen mit innenliegenden Zugankern und verringerter<br />
Anzugskraft entsprechen daher den in Bild 9.11 dargestellten Ergebnissen. Bezogen auf das<br />
Gewicht der Endplatten mit entsprechender Geometrie und vollem Anzugsmoment, beträgt die<br />
zusätzliche Gewichtsverringerung durch die Verringerung der Zugankerverspannung für die<br />
unterschiedlichen Werkstoffe 3-6 %. Die kleinste zusätzliche Gewichtsverringerung von 3 %<br />
ergibt sich für die CFK-Endplatte mit um ± 22,5° versetzten Faserschichten. Trotzdem erzielt<br />
diese verrippte CFK-Endplatte die auf das Referenzdesign bezogene größte Gewichtsreduktion<br />
von 70 %.<br />
Zur Endplattenmitte hin versetzte Zuganker erfordern Bohrungen oder zumindest Aussparungen<br />
in den Bipolarplatten. Dies führt zu einem erhöhten Fertigungsaufwand der Bipolarplatten<br />
und zu einem erhöhten Dichtungsaufwand. Hier birgt die Verwendung von Spanngurten<br />
anstelle der Zuganker in mehrfacher Hinsicht Vorteile:
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