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Strukturintegritätsüberwachung an Wasserstoff-Druckbehältern mit geführten Ultraschallwellen

Jens Prager¹, Jan Heimann¹, Daniel Lozano¹, David Pöhlig¹, Houssam El Moutaouakil², Andreas Schütze², Octavio A. Marquez Reyes³, Jochen Moll^3
1Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, ²Lehrstuhl für Messtechnik, Universität des Saarlandes, ³Universität Siegen

Die Strukturintegritätsüberwachung (Structural Health Monitoring – SHM) mit geführten Ultraschallwellen (GUW) ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung des Bauteilzustands von komplex geformten, sicherheitskritischen Komponenten. Bedingt durch das physikalische Prinzip sind die GUW dabei nicht nur empfindlich gegenüber Veränderungen der Werkstoffeigenschaften und entstehenden Fehlstellen, sondern auch gegenüber Umweltbedingungen wie Temperatur und Spannungen im Werkstoff.

Von Druckbehältern aus kohlefaserverstärkten Werkstoffen wird erwartet, dass sie wegen ihres Leichtbaupotenzials und ihrer hohen Druckfestigkeit zukünftig vermehrt zur Speicherung von Gasen wie Wasserstoff eingesetzt werden. In einem öffentlich geförderten Forschungsvorhaben wurde ein Ansatz entwickelt und erprobt, Typ-IV-Behälter für die Wasserstoffspeicherung bei Drücken bis 700 bar mit einem GUW-basierten SHM-System auszustatten. In Laboruntersuchungen unter Druck- und Temperaturbelastungen sowie mit eingebrachten künstlichen Fehlstellen wurden umfangreiche Messdatensätze aufgenommen und zur Entwicklung von Methoden zur Signalklassifikation genutzt.

Im Beitrag wird die Vorgehensweise beschrieben und das Potenzial des Ansatzes zur Zustandsüberwachung und Fehlerdetektion in Druckbehältern analysiert und bewertet.