Betriebsfestigkeit von Composite-Wasserstoffspeichern – Erster Ansatz zur Simulation der Auswirkung der erstmaligen Prüfung

Abstract

Druckbehalter werden vor ihrer Inbetriebnahme obligatorisch einer hydraulischen Prufung bis zum sog. Prufdruck belastet. Damit sollen fehlerhaft gefertigte Individuen erkannt und ausgesondert werden. Mit dieser Prufung werden aber auch diejenigen Einzelbehalter ausgesondert, die ohne einem nachvollziehbaren Fertigungsfehler, nur auf Basis der statistischen Streuung ggf. eine Festigkeit unterhalb des Prufdrucks aufweisen. Da der Prufdruck im Fall der Wasserstoffspeicher mindestens 20% uber dem maximal zulassigem Betriebsdruck liegt, ware damit ein Versagen im Betrieb ausgenommen, gabe es die verschiedenen Alterungs- bzw. Ermudungseffekt nicht. Um den Einfluss der erstmaligen Prufung auf eine angenommene ausfallfreie Zeit bewerten zu konnen, wird hier die Alterung und die erstmalige Prufung in Kombination analysiert. Hierzu wird auf Basis der Restfestigkeitsdaten aus einer umfangreichen Prufkampagne ein Ansatz fur die Beschreibung der Alterung ermittelt und auf andere Lastzustande ubertragen. So kann fur das Baumuster, das der o.g. Prufkampagne zugrunde lag, mithilfe einer Monte-Carlo-Simulation gezeigt werden, dass mindestens 10.000 LW vor einem ersten Alterungsversagen mit 1 aus 1 Mio. In Abhangigkeit der Anzahl der Individuen, die bei der erstmaligen Prufung versagen, und der Streuung der gesamten Population, kann diese Mindestfestigkeit auf realistisch 50.000 Lastwechsel steigen. Damit ist gezeigt, dass aufgrund der erstmaligen Prufung eine Mindestfestigkeit erzeugt wird, die stark vom Alterungsverhalten abhangt. Im Ergebnis heist dies, dass in den Vorschriften aktuell die Bedeutung des Mindestberstdrucks in der Baumusterprufung uberschatzt und die moglichst betriebsbegleitende Erfassung der Alterung unterschatzt sind.