Öffentlich gefördertes F&E Projekt smartVessel

Im öffentlich geförderten Forschungsprojekt smartVessel steht die Integration von faserbasierten Sensoren während der Herstellung von Wasserstofftanks zur intelligenten Zustandsüberwachung, Lebensdauervorhersage und -bewertung im Fokus.

Eine Anwendung von Wasserstoff als Energieträger wird derzeit als Teillösung zur Bewältigung des Klimawandels angesehen. Wassersoff stellt einen alternativen Kraftstoff für Automobilanwendungen dar. Die Speicherung von Wasserstoff ist eine Schlüsseltechnologie für die Anwendung der Wasserstoff und Brennzellentechnologie und findet sowohl im stationären als auch mobilen Bereichen der Energieversorgung im Transportwesen Verwendung. Durch die steigende Nachfrage an emissionsarmen Kraftstoffen sowie die Umsetzung aktueller Abgasnormen sind die Hauptfaktoren für das Wachstum am Markt.

Die konventionellen Methoden der zerstörungsfreien Prüfungen wie Ultraschallprüfungen oder Sichtprüfungen tragen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Sicherheit bei. Jedoch gehen damit zusätzliche Betriebskosten und zeitintensive Prüfungen für den Einsatz von Wasserstofftanks mit ein. Dagegen spielt der Aspekt der Sicherheit eine entscheidende Rolle, da nicht jeder Fehler - wie Faserbruch im Inneren - mit den Inspektionsmethoden detektiert werden kann. Weiterhin ist der kritische strukturelle Einfluss von möglichen Fehlern in einer Prüfung nicht unmittelbar abzuschätzen. Durch die Integration des Tanks in die Struktur eines Fahrzeugs, wären diese nicht mehr zugänglich, wodurch Unsicherheiten in Bezug auf die betriebliche Sicherheit begründet werden.

Um eine Steigerung der Sicherheit zu gewährleisten ist der Einsatz einer intelligenten strukturellen und lokalen Sensor-Zustandsüberwachung wie auch die Vorhersage der Restlebensdauer des Tanks erforderlich. Die Lösung stellt eine zustandsabhängige Wartung basierend auf der strukturellen Überwachung (Structural Health Monitoring – SHM) dar. Das SHM – System nimmt die Rolle einer Schlüsseltechnologie zur live Überwachung des Tanks/Behälters ein.

Die Zielsetzung des Projektvorhabens besteht aus der Modifikation und Anwendung zweier Fertigungsverfahren bei Verwendung von Hochleistungsmaterialien (FVK) zur Integration einer Glasfaser basierter Sensorfaser. Zum Einsatz kommen zum einen das neuartigen Multifilament-Wickelverfahrens (MFW) durch das am Fraunhofer entwickelte laserunterstützte thermoplastische Tapewickelverfahrens und zum anderen eine Übertragung der Sensorintegration auf das industriell etablierte Nasswickelverfahren durch das ITA der RWTH Aachen.
Weitere Ziele gegenüber der Echtzeit Zustandsüberwachung des Tanks umfassen die Senkung der Wartungskosten von mindestens 50% sowie die Ausnutzung der gesamten Lebensdauer dieser sicherheitsrelevanten Komponenten von mindestens 20 Jahren. Mit Hilfe von State of Art CAE Werkzeugen und Methoden sind in der Entwicklungsphase tiefere Einblicke mitsamt Erkenntnissen über das Material- als auch Strukturverhalten möglich. Dadurch können Optimierungsmaßnahmen im Bereich Topologie, Laminataufbau, Positionierung der Sensorfaser, … im Entwicklungsprozess realisiert werden.