Stefan Kübler mit VMPA-Nachwuchspreis ausgezeichnet

Die Preisverleihung fand im Juni im Rahmen der Mitgliederversammlung des VMPA im Klimahaus in Bremerhaven statt - Kübler stellte seine Arbeit in einem Vortrag einem Fachpublikum vor und nahm dort seine Auszeichnung entgegegen.

Der H-BRS-Alumnus ist seit April Masterstudent (M.Sc. Maschinenbau) an der Technischen Universität Braunschweig.

Technischer Hintergrund

Im Rahmen seiner Bachelorthesis, die Kübler an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) durchführte, entwickelte der Student ein Werkzeug, mit dem Rohrproben aus Faserkunststoffverbund gefertigt und anschließend in einem Versuchsstand unter Innendruck gesetzt werden. Bisherige Versuchsdurchführungen hatten hierbei eine meist im Einspannbereich versagende Rohrprobe ergeben. Die Bachelorarbeit wurde von der im März emeritierten Professorin Dr. Sabine Lepper betreut.

Da etwa die Speicherung von Erdgas und Wasserstoff in Druckbehältern aus einem Faserkunststoffverbund bei Drücken bis zu 700 bar geschieht, ist es für eine sichere Nutzung unabdingbar, das Verhalten eines Materials zu kennen. Der wachsende Anspruch der Menschen an Mobilität und das gleichzeitige Einhalten von CO2-Verträgen führt zu einer stetigen Erforschung von alternativen Energien und Antriebssystemen im Transportwesen.

Können Druckbehälter aus isotropen Metallwerkstoffen heutzutage verhältnismäßig einfach ausgelegt und berechnet werden, gilt dies nur unter einigen Annahmen und Rahmenbedingungen für Faserkunststoffverbund-Werkstoffe. Werden die Komponenten mit ihren unterschiedlichen, teils anisotropen Eigenschaften unter verschiedenen Faserorientierungen zu einem Verbundwerkstoff gefasst, so ergibt sich im Belastungsfall ein mechanisch komplex zu beschreibendes System. Dies macht die Herstellung von Prototypen erforderlich, mit welchen die theoretischen Erkenntnisse validiert werden können. Sowohl für die Geometrie als auch für die Herstellung von Rohrproben aus Faserkunststoffverbund existiert bis heute jedoch keine Norm.

In der Thesis wurde daher das bestehende Fertigungsverfahren zur Herstellung von Rohrproben aus Faserverbundwerkstoffen untersucht und hinsichtlich der Probenqualität konstruktiv und prozesstechnisch überarbeitet. Darüber hinaus konnten im Einspannungsbereich des Rohres integrierte Verstärkungslagen das Versagen künftig im mittleren Bereich der Rohrprobe auftreten lassen. Neben den Rohrproben aus Faserkunststoffverbund konnten Proben aus einem isotropen Material ausgelegt und gefertigt werden. Daraufhin wurden die Modellbehälter in einer hydraulischen Prüfapparatur mit Innendruck beaufschlagt. Mit während der Prüfung gemessenen Druck- und Dehnungsdaten konnte im Anschluss auf den Spannungszustand in den Proben geschlossen und so die vorher mittels Klassischer Laminattheorie (CLT) berechneten Berstdrücke validiert werden.