Sensoren zur Herstellungs- und Strukturüberwachung von Wasserstoffdruckspeichern

Kurzfassung

An einen Wasserstoffdruckspeicher werden viele, teils gegensätzliche Anforderungen gestellt: Er muss die Dichtigkeit gegen Wasserstoff und die Sicherheit gegen Bersten über das ganze Fahrzeugleben gewährleisten. Gleichzeitig soll er kostengünstig in der Herstellung und im Materialbedarf sein und im Hinblick auf den Kundenkomfort möglichst keine zusätzlichen Wartungsintervalle benötigen. Die in aktuellen Auslegungsphilosophien für Druckbehälter in Faserverbundbauweise sehr hoch angesetzten Sicherheitsfaktoren führen z.T. zu einer Überdimensionierung der Behälter und damit zu hohen Materialkosten in der Herstellung und Zusatzgewicht im Betrieb. Um dem zu begegnen wird ein ganzheitliches Lebensdauerkonzept vorgeschlagen. Hierbei wird wiederholt eine Lebensdaueranalyse des individuellen Behälters durchgeführt, sobald neue Informationen aus der Fertigung oder dem Betrieb vorliegen. Dadurch werden die Geometrie- und Materialparameter des real gefertigten Bauteils und potentielle, im Betrieb auftretende Schäden berücksichtigt und damit Unsicherheiten in den Berechnungsannahmen reduziert. Darüber hinaus ist zu jedem Zeitpunkt die Lebensdauerreserve des individuellen Behälters bekannt. Die Rückführung dieses Wissens in die innovativen Fertigungsprozesse und in den Betrieb ermöglicht einen optimierten Materialeinsatz sowie bedarfsgerechte Wartungsintervalle. Neben zuverlässigen Berechnungsmodellen, die Fertigungseffekte und Schäden berücksichtigen können, bedarf dieses Konzept vor allem neuer Technologien zur Fertigungsüberwachung und zum Structural Health Monitoring, die die erforderlichen Daten für die lebenszyklusbegleitende Lebensdaueranalyse liefern. Diese beiden Monitoringsysteme nutzen dasselbe Sensorsystem, wodurch zum einen die Kosten für die Sensorik und zum anderen die Zeit für die Sensorintegration minimiert werden.