Projekte mit Flüssig Wasserstoff

Für die Entwicklung von Bauteilen für LH₂-Anwendungen ist es wichtig, ihre mechanischen Eigenschaften bei den extrem niedrigen Temperaturen zu kennen, denen sie ausgesetzt sind. Für die Prüfung bei 20 K integrieren wir einen Dewar in unsere Universalprüfmaschine. Die Proben können entweder vollständig in flüssiges Helium (LHe) getaucht werden, um 4 K zu erreichen, oder einem geregelten LHe-Strom ausgesetzt werden, um eine stabile Prüftemperatur von 20 K aufrechtzuerhalten.

Durch Anpassung des Prüfaufbaus können wir nicht nur Zugprüfungen, sondern auch eine breite Palette mechanischer Prüfungen bei LH₂-Temperaturen durchführen, darunter Biegeprüfungen (3PB und 4PB), interlaminare Scherfestigkeit (ILSS) und Druckprüfungen.

Wir führen regelmäßig Versuche zur Charakterisierung des Beulverhaltens von CFK-Membranen mit einem Außendurchmesser von 156 mm durch. Der versiegelte Außenbereich umschließt einen unter Druck stehenden Abschnitt mit einem Durchmesser von 128 mm. Mehrere Sensoren zur Temperatur- und Dehnungsüberwachung können direkt an der Probe angebracht werden. Die Membran kann mit einem Druck von bis zu 20 bar beaufschlagt werden, während die Heliumpermeation mit einem Lecksuchgerät überwacht wird. Sowohl der Aufbau als auch die Probe können auf eine breite Palette kryogener Temperaturen gekühlt werden, darunter 90 K (LOX), 77 K (LN₂) und 20 K (LH₂).

Um die Beständigkeit eines LH₂-Ventils gegen Tieftemperaturschocks zu überprüfen, wurde der Ventilsitzkörper wiederholt zwischen dem Eintauchen in flüssiges Helium (LHe) und dem Aufheizen auf +85 °C hin und her geschaltet. Zu diesem Zweck wurde unser LHe-Lift-Setup verwendet. Trotz der großen thermischen Masse des Prüfkörpers und der erforderlichen Verweilzeiten bei 4 K und +85 °C wurde eine Zykluszeit von weniger als 90 Minuten erreicht.

Wiederholte kryogene Schocks mit flüssigem Wasserstoff können erhebliche thermische Spannungen und mikrostrukturelle Veränderungen in Materialien verursachen, die zu Versprödung oder Rissbildung führen können. Diese Auswirkungen sind entscheidend für die Sicherheit und Haltbarkeit von Lagertanks und Rohrleitungen in Wasserstoffanwendungen. Das Verständnis und die Abschwächung dieser Auswirkungen sind für den zuverlässigen Einsatz von Flüssigwasserstoff in der Energie- und Raumfahrtindustrie unerlässlich.