P 193 – Hochdruckbehälter in Leichtbauweise, aufgebaut aus einem hochfesten und hochzähen Stahlkernbehälter mit einer Faserumwicklung in Umfangsrichtung

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Beschreibung

P 193 – Hochdruckbehälter in Leichtbauweise, aufgebaut aus einem hochfesten und hochzähen Stahlkernbehälter mit einer Faserumwicklung in Umfangsrichtung

Hersteller technischer Gase fordern zur Reduktion ihrer Transportkosten eine Verringerung des Gewichtes der üblicherweise aus Stahl bestehenden Druckgasbehälter und damit Erhöhung der Transportkapazität.
Das mit dem vorliegenden Bericht abgeschlossene Forschungsprojekt hatte zum Ziel, an Druckgasbehältern die Möglichkeiten einer geeigneten Umwicklung des Stahlkerns mit Faserverbundwerkstoff und damit Substitution eines Teils der Wanddicke bei gleichbleibender Festigkeit zu untersuchen und zu erproben werden.
Die Untersuchungen wurden an einem Vollwandbehälter aus Stahl durchgeführt, bei dem mit dem Aufbringen bestimmter Faserverstärkungen die Wanddicke eines  konventionellen Stahlvollwandbehälters um nahezu die Hälfte verringert wurde. Für die Armierung in Umfangsrichtung des zylindrischen Behälterabschnitts wurde ECR-Glas bzw. Kevlar 29 faserverstärktes Polyamid 12 gewählt. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch eine sehr hohe richtungsabhängige spezifische Festigkeit und Steifigkeit aus.
Es wurde nachgewiesen, daß die hervorragenden Eigenschaften des thermoplastischen Matrix-Materials zu einer wirtschaftlicheren Verfahrenstechnik und zu einer höheren Bauteilsicherheit gegenüber den bei der Naßwickeltechnik eingesetzten Duromeren führen. Mit dem teilarmierten Verbundbehälter ließ sich je nach Dichte des verwendeten Faserverbundwerkstoffs eine Gewichtseinsparung bis zu 35 % erreichen. Eine den Anforderungen genügende Bauteilsicherheit wurde nachgewiesen; die angestrebten Berstdrücke zwischen 550 bar und 580 bar wurden immer erreicht. Die Bauteilsicherheit erfuhr auch nach einem künstlich eingeleiteten Alterungsprozeß keinerlei Einschränkungen. In simulierten Brandfällen konnte gezeigt werden, daß der Faserverbundwerkstoff aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit das Bersten des Behälters deutlich verzögert.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde damit ein neuartiger und gewichtsminimierter Komposite-Behälter für den Transport technischer Gase entwickelt, der den konventionellen Stahlvollwandbehältern ebenbürtig, z.T. sogar überlegen ist. Ein Transportfahrzeug als Prototyp, ausgerüstet mit den neuentwickelten Behältern, wurde bereits in Auftrag gegeben.
STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG e.V.

Veröffentlichung:
1992

Autoren:
Dr.-Ing. C. Düren, Dr.-Ing. I. von Hagen, Dipl.-Ing. G. Junker, Dr.-Ing. E. Lange, Dipl.-Ing. Ch. Rasche