Anordnung der Composite-Speicher (gelb/schwarz) in einem Wasserstoff-Pkw (Toyota Mirai)
Quelle: Toyota Motor Corporation
Die Zulassungsanforderungen an Composite-Druckbehälter für komprimierten Wasserstoff basieren derzeit im Fall des Gefahrguttransportes nach z.B. ISO 11119-3 auf festgelegten Mindestfestigkeiten (Deterministischer Ansatz). Nur im Fall der UN GTR Nr. 13 / ECE R 134 für die Speicherung im Fahrzeug basiert ein Konzept auf Kriterien mit teilweiser Wahrscheinlichkeitsvorhersage (semi-probabilistischen Ansatz).
Im vorliegenden Beitrag werden die Eigenschaften dieser beiden Verfahren, bezüglich der Bewertung der Berstfestigkeit, verglichen und einem probabilistischen Ansatz der BAM gegenübergestellt. Dabei wird mit-hilfe des Monte-Carlo-Experiments der zur Verfügung stehende Auslegungsbereich bezüglich Mittelwert und Streuung des Berstdrucks simuliert. Darauf aufbauend wird die Wahrscheinlichkeit ermittelt, potenziell unsichere Baumuster aufgrund der Baumusteranforderungen in Normen und Vorschriften zu akzeptieren.
Die Ergebnisse zeigen große Bereiche von Eigenschaften sehr wahrscheinlich sicherer Baumuster, die aufgrund der definierten Zulassungskriterien nicht für die Auslegung von Composite-Druckbehältern genutzt werden können. Andererseits ermöglichen bestehende Normen, im Falle sehr hoher Streuungen des Berstdrucks, die Zulassung potenziell unsicherer Baumuster. Im vorliegenden Beitrag wird zudem aufgezeigt, dass bestehende Baumuster bereits jetzt bis an die Grenzen des zur Verfügung stehenden Designbereichs ausgelegt werden. Eine weitere Gewichts- und Kostenoptimierung von Composite-Druckbehältern hängt somit eng mit den zulässigen Grenz-werten zusammen. Anhand eines Beispiels wird abschließend erläutert, wie ohne Sicherheitsverlust im Sinn des Risikos, auf Basis statistischer Methoden, das Zulassungskriterium Berstdruck gezielt optimiert werden kann. Dabei wird sowohl der Auslegungsbereich hin zu geringeren Mindestberstdrücken erweitert, als auch die Annahmewahrscheinlichkeit potenziell unsicherer Baumuster reduziert.
Statistical analysis of burst requirements from regulations for composite cylinders in hydrogen transport
Ben Becker, Georg W. Mair
Materials Testing: Vol. 59, No. 3, pp. 226-232.
BAM Abteilung Gefahrgutumschließungen