Faserverstärkte Werkstoffsysteme (FaRo)

Projektbeschreibung: Im vorausgehenden BMBF-Projekt „Compound-Rohre“ ist es gelungen, mit einem Werkstoffverbund aus keramischem Fasermantel und metallischem Grundrohr die zeitabhängige Verformung des innendruckbeanspruchten Rohres zu reduzieren. Der Nachweis erfolgte mittels Laboruntersuchungen und numerischen Berechnungen. Im vorausgegangenen Projekt konnte mittels Laborproben gezeigt werden, dass wesentlich höhere Lebensdauern in Kurzzeitstandversuchen durch faserverstärkte keramische Umwicklungen erreicht werden können und dass es möglich ist Rohre im Originalmaßstab im GKM zu armieren. Diese Umwicklungen im Originalmaßstab zeigen jedoch nicht die gewünschte Qualität und wurden darum noch keiner kritischen Last ausgesetzt.

Die Zielsetzung des neuen Projekts orientiert sich an weiteren Problemen, die aufgrund der damit verbundenen Risiken einer technischen Anwendung dieses Ansatzes im Wege stehen. Diese orientieren sich an den realen Bauteilen und ergeben sich aus den ungelösten Problemen hinsichtlich des noch weiterzuentwickelnden Werkstoffsystems aus Stahlrohr, einer noch zu entwickelnden Zwischenschicht und einer auf Si-Polymer basierenden Prepregs für die keramische Armierung. Kraftschlüssige Verbindungen (Stöße) zwischen einzelnen Ummantelungsabschnitten der Rohre sowie die Anpassung der Ummantelung an Querschnittsübergängen bzw. Einbeziehung von gekrümmten Geometrien (Bögen) stellen offene und noch ungelöste Probleme dar. Neben den hierfür erforderlichen Laborversuchen soll bereits im ersten Projektjahr ein ausgewähltes Bauteil umwickelt und zu Überwachungszwecken instrumentiert werden. Die Wanddicke des Bauteils (Rohrbogen) wird herabgesetzt, so dass ohne Faserummantelung eine gegenüber der üblichen Auslegung deutlich verkürzte Lebensdauer (Zeitstandbruchzeit) eintreten würde. Durch die Ummantelung wird dies ausgeglichen bzw. die Lebensdauer erhöht. Über eine entsprechende Instrumentierung wird der Nachweis erbracht, dass dieses Prinzip der Beanspruchungsverlagerungen auch unter komplexen Verhältnissen (Biegungen, Stöße) effektiv ist. Damit wird der wissenschaftliche Nachweis erbracht, dass das vorgeschlagene Werkstoffsystem im Sinne der gesetzlichen Bestimmungen (Druckgeräterichtlinie) qualifiziert ist und eingesetzt werden kann.

Laufzeit: 10/2015 - 09/2021

Förderung: BMWi

Projektpartner: Bilfinger Piping Technologies GmbH, Fraunhofer ISC - Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau, Großkraftwerk Mannheim AG, Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart, Schunk Kohlenstofftechnik GmbH, Technion - Israel Institute of Technology, TÜV SÜD Industrie Service GmbH

Ansprechpartner: Dr. rer. nat. Nico Langhof