Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erarbeitung einer KMU-tauglichen Berechnungsprozedur für Bauteile in Druckwasserstoff-Atmosphäre am Beispiel ausgewählter struktureller Komponenten

Im Rahmen der Energiewende erfährt Druckwasserstoff als Energieträger eine stetig steigende Relevanz. Für eine praxistaugliche Wasserstoff-Infrastruktur ist eine Vielzahl neuer Komponenten erforderlich, die u.a. eine sichere Speicherung, Betankung und Transport gewährleisten. Damit KMU diese Bauteile zielführend auslegen können, werden neue Berechnungskonzepte benötigt, die materialspezifisch die Auswirkungen der Wasserstoff-Atmosphäre auf die Bauteilfestigkeit in geeigneter Art abbilden können. Mit existierenden Regelwerken, die meist nur spezifisch für Pipelines und Druckbehälter gültig sind und die den Wasserstoffeinfluss nur in sehr pauschaler Form berücksichtigen, ist dies nicht ausreichend möglich. Diese Lücke in der Auslegungsmethodik verhindert es bisher für viele KMU, Bauteile für den Einsatz unter Druckwasserstoff freizugeben. Eine validierte Berechnungsprozedur für eine breite Vielzahl von Maschinenbauteilen wird daher zwingend benötigt. Eine ideale Basis hierfür stellen die bei KMU bereits etablierten FKM-Richtlinien dar, die u.a. Nachweiskonzepte zur statischen und Ermüdungsfestigkeit enthalten. Diese werden im Vorhaben anhand von Berechnungsbeispielen systematisch auf eine Berücksichtigung des Wasserstoffeinflusses geprüft und angepasst. Dazu werden vorhandene Werkstoffdaten aufbereitet und zur Validierung der Berechnungsbeispiele durch Versuche auf Proben- und Bauteillevel ergänzt. Forschungsziel ist die Erstellung einer Berechnungsprozedur anhand KMU-relevanter, praxisnaher Beispiele, die das Schädigungspotential der Wasserstoffatmosphäre über beanspruchungs- und werkstoffabhängige Faktoren berücksichtigt. Der Nutzen für KMU ist die zielgerichtete Auslegung von Bauteilen für Druckwasserstoff zur Erschließung neuer Anwendungen und Märkte. Die Methodik wird den KMU über praxisnahe Berechnungsbeispiele direkt zugänglich gemacht. Zukünftig können die Ergebnisse als Basis zur generellen Erweiterung der FKM-Richtlinien um Wasserstoffeinfluss dienen.