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- 3.2 Gefahrguttanks und Unfallmechanik (10)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (10)
- 2.1 Explosionsschutz Gase, Stäube (9)
- 2.2 Reaktionsfähige Stoffe und Stoffsysteme (8)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (3)
Der Vortrag dient zur Erläuterung der Hintergründe der der Prüffeld gezeichten Prüfung und Ausstellungsstücke. Es wird zunächst erläutert, warum es Berstprüfungen gibt, und für welche Druckgefgäße diese verpflichtend sind. Dann wird auf die Prüfparameter eingegangen und die besondere Rolle der zu hoch angesetzten Druckrate. Dies leitet zur Prüftechnik der BAM über, der reale Druckkurven miteinander verglichen werden. Es wird die Prüf- und Messtechnik der anstehenden Prüfung erläutert und der Versuch gezeigt (nicht Teil der Folien). Im Nachgang wird erläutert wo die Grenzen der Interpretation dieser Prüfung liegen, und auf die langsame Berstprüfung und das dafür und für die Lastwechselprüfung bei der BAM vorhandene Equipment übergeleitet.
Im Rahmen einer Bachelorarbeit zum Thema „Untersuchungen an Bremsleitungsabschnittsreparaturen“ zwischen der HTW Berlin und der TÜV Rheinland Kraftfahrt GmbH wurden in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Berstdruckprüfungen durchgeführt. Im Rahmen der Kooperation sollte untersucht werden, inwiefern Reparaturmaßnahmen an beschädigten Bremsleitungsabschnitten sicherheitstechnisch unbedenklich sind, auch in Bezug auf die Verwendung unterschiedlicher auf dem Markt erhältlicher Bremsleitungsmaterialien.
Aspekte der Restfestigkeitsermittlung von Composite-Druckgefäßen mittels hydraulischer Prüfung
(2011)
Die aktuelle Praxis, auch die wiederkehrende Prüfung von Druckgefäßen aus Verbundwerkstoffen primär auf die hydraulische Innendruckprüfung abzustellen, ist kritisch bezüglich der Schädigung der Prüfmuster und ihrer Aussagekraft zu bewerten. Entsprechend wird nach einem Ansatz gesucht, auch durch betriebsbegleitend zerstörende Prüfungen eine aussagekräftige Zustandsbeschreibung der Population eines Baumusters zu erhalten. Im Beitrag werden erste Ergebnisse aus Prüfungen zur Ermittlung der Restlebensdauer von Composite-Druckgefäßen dargestellt und zunächst qualitativ diskutiert. Es wird erkennbar, dass die hydraulische LW-Prüfung durchaus geeignet ist, die Restlebensdauer von Baumustern mit metallischem Liner zu bewerten. Hierbei darf die Lastwechselzahl aus der hydraulischen Prüfung aber nicht als Füllzyklenzahl interpretiert werden. Außerdem können anhand der Ergebnisse die Möglichkeiten zur Restlebensdauerermittlung an lastwechselunempfindlichen Baumustern ohne metallische Liner deutlich eingegrenzt werden, was eine Konkretisierung möglicher Verfahren erlaubt; wenn dies auch an dieser Stelle noch keine Lösung bietet.
Die aktuelle Praxis, auch die wiederkehrende Prüfung von Druckgefäßen aus Verbundwerkstoffen primär auf die hydraulische Innendruckprüfung abzustellen, ist sowohl bezüglich der Schädigung der Prüfmuster als auch ihrer Aussagekraft kritisch zu bewerten. Entsprechend kommt durch die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung zur Absicherung bei der Zulassung von Prüffristen für Composite-Druckgefäßen von mehr als fünf Jahren ein neuer Ansatz zur Anwendung. Er ermöglicht eine Zustandsabschätzung der Population eines Baumusters auf der Basis wiederholt betriebsbegleitend zerstörender Prüfungen. Ein wesentlicher Aspekt dieses Ansatzes ist die Prognose der sicheren Restlebensdauer. In Fällen, in denen diese nicht wie in den Teilen 1 und 2 beschrieben mittels hydraulischer Lastwechselprüfungen abgeschätzt werden kann, bleiben als Ersatz die Zeitstands- oder die Berstprüfung. Als Kombination aus diesen beiden Prüfungen schlägt die BAM die 'langsame Berstprüfung' vor. Zu diesem Prüfkonzept werden zahlreiche Ergebnisse dargestellt. Hierzu werden sowohl die Parameter der Prüfung wie auch die Art und Intensität der Vorschädigung künstlich gealterter Prüfmuster statistisch ausgewertet. Dies führt zum einen zu einer Bewertung der verschiedenen Belastungsarten aber auch zu der eindeutigen Empfehlung, die heute üblicherweise schnellen Berstprüfungen zum Nachweis der Festigkeit von Composite-Druckgefäßen am besten ganz zu ersetzen.
Für eine gute Vergleichbarkeit der Ergebnisse aus verschiedenen Anlagen sollte dieTreffsicherheit der Extremdrücke nach
Maßgabe einer bestimmten wirksamen Haltezeit ermittelt und bewertet werden.
Hierbei können selbst bei Flaschen für 700 bar Betriebsdruck bereits Abweichungen
von wenigen bar unbemerkt zu deutlichen Veränderungen der Lebensdauer-Versuchsergebnisse führen.
Speziell für Prüflinge aus Verbundwerkstoff mit tragenden Schichten aus verschiedenen Fasern oder mit mittragendem Liner kommt eine besondere Abhängigkeit der Ermüdungsfestigkeit von der Temperatur und damit auch von deren Schwankung hinzu. Für die Bewertung der Temperaturregelung ist es vor allem erforderlich, die
Oberflächen- und die Medientemperatur zu protokollieren und in engen Grenzen zu regeln.
So wird empfohlen, insbesondere Anlagen, die zukünftig für Versuche zur Ermittlung probabilistischer Kenngrößen von
Composite-Flaschen herangezogen werden, auf diese Aspekte hin besonders zu ertüchtigen und in Ringversuchen - wie dem gezeigten - auf ihre Eigenschaften (ihren spezifischen "Fingerabdruck") hin zu überprüfen.
Versuchsparameter, können für derartige Versuche folgende Empfehlungen gegeben werden:
1. Der Druckbereich sollte auf den größten und auch kleinsten Maximaldruck, der von den Anlagen in Prüfungen abgefordert werden soll, ausgerichtet sein.
2. Der Prüfling sollte so gewählt sein, dass während des Ringversuchs möglichst nicht ausgetauscht werden muss. Hierbei darf er nicht zu klein oder zu steif sein, damit die Anlage bezüglich des Hub- oder Fördervolumens
auch repräsentativ für die Prüfaufgaben gefordert wird.
3. Das beschriebene Prüfprogramm mit wanderndem Prüfling und Messequipment hat sich im Grundsatz genauso bewährt
wie die zentrale Auswertung der Daten.
4. Es ist nicht einfach, ein harmonisiertes Verständnis über die konkreten Aspekte des Prüfprogramms zu erreichen, entsprechend sollte sowohl das Personal im Vorfeld gut über Hintergründe und Zielsetzung informiert sein als auch die Durchführung von Ringversuchen durch sehr erfahrenes, das Prüfequipment permanent begleitendes Personal betreut werden.
Jeder der Partner hat aus diesem Ringversuch viel Erfahrung und Wissen für sich mitnehmen können, sodass ein wesentlicher Vorteil derartiger Versuche im Erfahrungsgewinn aller Beteiligten zu sehen ist.
Gegebenenfalls sollten derartige Ringversuche mittelfristig auch fester Bestandteil der Audits und Reaudits zur Akkreditierung bzw. Anerkennung als technischer Dienst, insbesondere für die 700-bar-Wasserstofftechnik,
werden.
Im Hinblick auf den Inhalt der Ringversuche und die Relevanz der diskutierten
Die Sicherheit von Druckgefäßen und Treibgasspeichern gegen Ermüdungsversagen wird derzeit immer unter Einbeziehung
von Lastwechselversuchen abgeprüft. Hierbei gibt es verschiedene Versuchsparameter, die nicht vorgegeben, sondern
meist nur in eine Richtung limitiert sind. Einer dieser Parameter ist die Versuchstemperatur, die insbesondere bei Com -
posite-Druckbehältern mit metallischem Liner eine große Rolle spielt. Der Einfluss dieses Aspekts wie auch der der Druckregelgenauigkeit
und der Sauberkeit der Druckkurve auf Versuchsergebnisse werden an Beispielen analysiert. Daran
schließt sich die Zusammenstellung der Ergebnisse eines Ringversuchs an hydraulischen Lastwechselanlagen an, an dem
Anlagen für Innendruckversuche an 700-bar-Wasserstoffspeichern in vier europäischen Ländern beteiligt waren.
Entwickelt und validiert - Probengeometrie zur Untersuchung von gewickelten Faserverbundproben
(2012)
Durch die beschriebene, auf eine Umfangsbelastung ausgelegte Probengeometrie werden
Fertigung und Einsatz von Druckbehältern nachempfunden. Dafür wurden bereits bestehende
Probenformen überarbeitet, um im Probenkörper eine unidirektionale Zugbelastung zu
erzeugen. Da die endgültigen Eigenschaften von faserverstärktem Kunststoff erst in der
Fertigung entstehen, sind gleiche Fertigungsbedingungen von Proben und Bauteilen wichtig.
Die hier vorgestellte Probe verspricht dadurch eine gute Eignung für den Einsatz bei Untersuchungen
zum Zeitstandsverhalten.
Die Entwicklung alternativer Antriebe im Automobilbereich und die damit verbundene Speicherung von Antriebsmedien stellen Konstrukteure vor die Aufgabe, u. a. Gasspeicher zu entwickeln, die trotz geringer Eigenmasse sehr hohe Lasten aufnehmen können. Diese Entwicklung zeigt sich zunehmend auch bei der Speicherung industrieller Gase und anderen Anwendungen, bei denen Energieträger zur Verfügung gestellt werden müssen. Aufgrund der Anforderungen bezüglich des Leichtbaus ist demnach zu erwarten, dass der Marktanteil von Druckbehältern aus Composite (Typ III und Typ IV) deutlich zunehmen wird. Diese Composite-Druckbehälter bestehen aus einem Metall- oder Kunststoffliner (gasdichte Blase), der mit künstlichen Fasern, eingebettet in einer Matrix (meist Epoxidharz), umwickelt ist. Als künstliche Endlosfasern kommen z. B. Kohlenstoff- oder Glasfasern aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften zur Anwendung. Die Weiterentwicklung von Druckbehältern und die damit verbundene Verwendung neuer Materialien stellt neben vielen Vorteilen auch eine Herausforderung bei der Prüfung aus Sicht des Arbeitsschutzes dar.
Current standards governing the design, qualification and in-service inspection of carbon fibre composite cylinders do not facilitate to optimise cylinder design. The requirements have been adapted from standards for metallic cylinders and cannot easily quantify the degradation processes in composite materials. In this article, the results of hydraulic and hydrogen pressure cycle life tests performed on composite reinforced tanks with a metal liner (type 3) and with a high density polymer liner (type 4) are shown. Moreover, the degradation measured by means of residual strength of the tanks after the cycling tests have been compared. It has been found that the most critical aging for metal based composite cylinder is the gaseous cycling while type 4 designs seem to be more sensitive to hydraulic cycling at high temperature.
Ein wesentlicher Aspekt der Prognose der sicheren Restlebensdauer ist die möglichst differenzierte Erfassung von Restfestigkeiten. In Fällen, in denen diese nicht mittels hydraulischer Lastwechselprüfungen abgeschätzt werden kann, bleiben als Ersatz die Zeitstands- oder die Berstprüfung. Als Kombination aus diesen beiden Prüfungen schlägt die BAM die langsame Berstprüfung vor. Die Vielzahl von bereits veröffentlichten Ergebnissen zu diesem Prüfkonzept werden hier um die Werte der extrem langsamen Berstprüfung (ca. 1 000 h kontinuierlicher Druckanstieg) ergänzt. Dies führt zu der eindeutigen Empfehlung, die heute üblicherweise schnellen Berstprüfungen zum Nachweis der Festigkeit von Composite-Druckgefäßen am besten ganz durch die langsame Berstprüfung zu ersetzen.