DE69914035T2

DE69914035T2 - Verfahren zur Überwachung einer Struktur aus Verbundmaterial und Druckbehälter mit einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE69914035T2
Application number: DE69914035T
Authority: DE
Inventors: Bruno Louis-Calixte; Frederic Souvannavong; Manuel Angoulvant
Original assignee: Aerospatiale Matra
Current assignee: Aerospatiale Matra
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2019-09-28
Also published as: ES2213339T3; EP0990871B1; FR2783911B1; DE69914035D1; US6675659B1; FR2783911A1; EP0990871A1

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf ein Verfahren, das zur Überwachung des Funktionszustandes einer aus mindestens zwei unterschiedlichen, übereinandergelagerten Materialien gebildeten Verbundstruktur vorgesehen ist, wenn die Struktur einer gleichmäßigen Belastung, beispielsweise aufgrund eines auf ihre gesamte Oberfläche einwirkenden Drucks ausgesetzt ist.
Die Erfindung betrifft auch eine bevorzugte Anwendung dieses Überwachungsverfahrens des Funktionszustands der Wand eines Behälters, der zur Aufnahme von druckbeaufschlagtem Fluid (beispielsweise bis zu 500 bar) vorgesehen ist.
Stand der Technik
Wenn ein Behälter zur Aufnahme von druckbeaufschlagtem Fluid vorgesehen ist, wird seine Wand so ausgeführt, dass sie den vom Fluid ausgeübten inneren Druck widerstehen kann.
Wenn dieser Sachzwang der mechanischen Widerstandsfähigkeit durch eine Anforderung relativer Leichtigkeit des Behälters noch verdoppelt wird, besteht eine vorteilhafte Lösung darin, die Wand des Behälters aus zwei übereinandergelagerten, unterschiedlichen Materialien herzustellen. Genauer gesagt wird eine metallische, organische oder Verbund-Umhüllung außen mit einer Verstärkung aus langen, in einer Harz- oder Metallmatrix getränkten Fasern verkleidet. Die Verstärkung kann durch Aufwickeln eines Filaments, gefolgt von einem Polymerisierungszyklus, erhalten werden. Die Fasern können in Form einer einfachen Spule oder auf eine multidirektionale Weise aufgewickelt werden.
Wenn die Wand eines ein druckbeaufschlagtes Fluid enthaltenden Behälters aus einer solchen Struktur besteht, kann diese im Lauf der Zeit beschädigt werden, was dann ein Sicherheitsrisiko darstellt. Insbesondere die mechanische Widerstandskraft bzw. Festigkeit der Verbundverstärkung kann im Lauf der Zeit unter der Einwirkung der Nutzanwendung des Behälters oder von externen Aggressionen abnehmen.
Insbesondere aus den Dokumenten EP-A 0 346 899 und FR-A 2 688 584 sind Techniken bekannt, die es ermöglichen, den innewohnenden Beschädigungszustand einer Verbundstruktur zu überwachen. Diese Techniken betreffen genauer gesagt die Erfassung eventueller Ablösungsmängel zwischen den Schichten einer Verbundstruktur, die aus übereinandergelagerten Schichten von in einer Harzmatrix getränkten Fasern gebildet ist. Eine kontinuierliche optische Faser mit Beibehaltung der Polarisation, welche die Rolle eines Messfühlernetzes übernimmt, wird entweder zwischen zwei Schichten der Verbundstruktur oder zwischen der eigentlichen Struktur und einem zugeordneten Profilteil angeordnet.
Diese Überwachungstechnik durch eine optische Faser ist schwer umzusetzen, da sie auf der Verwendung einer externen optischen Installation beruht. Die Überwachung ist dabei nicht kontinuierlich und erfordert eine periodische Stilllegung der betroffenen Struktur.
Eine solche Überwachungstechnik ist damit ungeeignet, wenn man in Echtzeit den Beschädigungszustand einer Verbundstruktur in Erfahrung bringen will, ohne deren Stilllegung erforderlich zu machen.
Abriss der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Überwachung des Funktionszustandes eines einer gleichmäßigen Belastungskraft ausgesetzten Verbundstruktur, die beispielsweise auf einen auf ihre gesamte Oberfläche einwirkenden Druck zurückzuführen ist, wobei das Verfahren so gestaltet ist, dass es eine Überwachung in Echtzeit durchführt, ohne dass es unbedingt nötig wäre, die Struktur stillzulegen.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ergebnis mittels eines Verfahrens zur Überwachung des Zustands einer Verbundstruktur erreicht, die aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien gebildet ist, welche entlang einer gegebenen Grenzfläche übereinandergeschichtet sind und einer gleichmäßigen Belastungskraft auf ihre gesamte Oberfläche ausgesetzt sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

– Messen einer von der Belastungskraft erzeugten Verformung oder eines Belastungsniveaus der Struktur an der Grenzfläche,
– Vergleichen der Verformung oder des gemessenen Belastungsniveaus mit einer Bezugsgröße der Struktur, die normalerweise durch die Belastungskraft erzeugt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Bezugsgröße bestimmt, indem die Verformung oder das Belastungsniveau eines Abschnitts der Struktur, der aus einem einzigen der Materialien gebildet ist, gemessen wird.
Vorzugsweise wird die Verformung oder das gemessene Belastungsniveau sowie die Bezugsgröße mit einer Bezugskurve verglichen, welche die normale Entwicklung der Verformung oder des Belastungsniveaus der Struktur als Funktion der auf sie einwirkenden Belastungskraft angibt.
Die Bezugskurve kann erhalten werden, indem vorab die Entwicklung der Verformung oder des Belastungsniveaus der Verbundstruktur im neuen Zustand als Funktion der auf diese neue Struktur einwirkenden Belastungskraft gemessen wird.
In diesem Fall wird vorteilhafterweise die Bezugskurve durch eine Gleichung zweiten Grades modelliert. Dies vereinfacht die Behandlung, da nur zwei Werte, die den zwei Parametern der Gleichung entsprechen, dabei gespeichert werden.
Um die Verformung oder das Belastungsniveau der aus einem einzigen Material gebildeten Struktur zu messen, wird mindestens ein Messfühler, beispielsweise ein Extensometer oder irgendein anderer Messfühler der Verformung und der Belastung, der an dem Abschnitt angebracht ist, verwendet.
Desgleichen wird vorteilhafterweise die Verformung an der Grenzfläche mittels mindestens einem Verformungs- oder Belastungs-Messfühler, beispielsweise einem Rießfestigkeits messer bzw. Extensiometer oder einem piezoelektrischen Messfühler, der an der Grenzfläche der Verbundstruktur angebracht ist, gemessen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird vorteilhafterweise auf die Überwachung des Zustands einer Verbundstruktur angewandt, deren verschiedene übereinandergeschichtete Materialien eine metallische oder organische oder Verbund-Umhüllung sowie eine Verstärkung langer, in einer Harzmatrix getränkter Fasern umfassen.
Der Verformungs-Messfühler kann hierbei in die Verbundstruktur während deren Herstellung integriert werden, um die Verstärkung an der Umhüllung zu realisieren.
In einer bevorzugten Anwendung des Verfahrens bildet die Verbundstruktur einen Behälter, der ein druckbeaufschlagtes Fluid aufzunehmen vermag.
Der Teil der Struktur, die aus einem einzigen Material gebildet ist, ist dabei eine Trennwand, welche eine innere Zone des Behälters, der das druckbeaufschlagte Fluid aufzunehmen vermag, von einem Instrumentenkasten trennt, der beispielsweise bevorzugt an der Unterseite des Behälters angebracht ist.
Um eine vollständigere Überwachung der Verbundstruktur durchzuführen, kann vorteilhafterweise mindestens eine weitere Größe gemessen werden, die aus einer Gruppe ausgewählt wird, welche umfasst: die Temperatur an der Grenzfläche der Struktur, die Temperatur in unmittelbarer Nähe der Struktur, der Innendruck des Behälters, das Niveau von eventuell von dem Reservoir erfahrenen Stößen, die seit einer vorausgehenden Kontrolle verstrichene Zeit, die seit der Inbetriebnahme des Behälters verstrichene Zeit, die Zustände "leer" und "voll" des Behälters sowie die Anzahl von Füllungen desselben.
Um diese verschiedenen Messungen vorzunehmen, werden Überwachungsmittel eingesetzt, wie zum Beispiel Messfühler und elektronische Schaltungen, die zumindest teilweise in dem Instrumentenkasten des Behälters angebracht sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Behälter für druckbeaufschlagtes Fluid mit einer Verbundwand, die aus einer inneren Umhüllung gebildet ist, auf der eine Verstärkung aus langen, in Harzmatrix getränkten bzw. eingebetteten Fasern gebildet ist, welche an einer gegebenen Grenzfläche übereinandergeschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Messfühler in die Verbundwand an der Grenzfläche zwischen der Umhüllung und der Verstärkung integriert ist, um eine Überwachung des Zustandes der Wand durch Vergleichen der Verformung oder des gemessenen Belastungsniveaus durch den ersten Messfühler mit einer Bezugsgröße der Wand, die normalerweise durch den Fluiddruck erzeugt wird, zu ermöglichen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird anhand eines nicht einschränkenden Beispiels eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 einen Fluidbehälter unter hohem Druck, der mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung versehen ist und die Überwachung des Zustandes der die Wand des Behälters bildenden Verbundstruktur ermöglicht, und
2 eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Teil der Umfangswand des Behälters der 1 darstellt.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 allgemein einen Behälter in Flaschenform. Der Behälter 10 ist für die Aufnahme eines Fluids, wie zum Beispiel eines druckbeaufschlagten Gases, ausgestaltet. Genauer gesagt ist er dazu vorgesehen, eine bestimmte Anzahl von Malen im Verlauf der Zeit gefüllt und geleert zu werden. Zu diesem Zweck ist er mit Anschlussmitteln und Verschlussmitteln ausgestattet, die schematisch bei 12 dargestellt sind.
In der dargestellten Ausführungsform, in der der Behälter 10 die Form einer zylindrischen Flasche aufweist, sind die Anschluss- und Verschlussmittel 12 an dem oberen Ende der Flasche angebracht.
Wie in 2 dargestellt ist, umfasst die Wand 14 des Behälters 10 eine metallische Umhüllung 16, die mit einer Verstärkung 18 auf ihrer ganzen Oberfläche überzogen ist, außer am Ende des Bodens 20 des Behälters (1). In einer Variante kann die metallische Umhüllung 16 durch eine organische oder Verbundumhüllung ersetzt werden.
Die Verstärkung 18 ist aus langen Fasern, die in einer Harzmatrix getränkt sind, gebildet. Sie wird durch Aufwickeln von Filamenten von langen, in Harz getränkten Fasern erhalten, entweder so, dass eine einfache Wicklung um die Umhüllung 16 herum gebildet wird, oder auf multidirektionale Weise. Wenn die Filamentwicklung abgeschlossen ist, durchläuft die Verstärkung 18 einen Polymerisierungszyklus. Zur Veranschaulichung, die keineswegs einschränkend ist, kann dieser Polymerisierungszyklus darin bestehen, die Temperatur auf etwa 150° Celsius während annähernd dreieinhalb Stunden anzuheben.
Während der Benutzung des Behälters 10 ist die die Wand 14 bildende Verbundstruktur einer gleichmäßigen Belastungskraft auf ihre gesamte Oberfläche aufgrund des Vorhandenseins eines druckbeaufschlagten Gases in der Innenzone 22 des Behälters ausgesetzt.
Um den Funktionszustand und eine eventuelle Beschädigung der die die Wand 14 bildenden Verbundstruktur zu überwachen, ist das Reservoir 10 gemäß der Erfindung mit Mittel zur Überwachung dieses Zustands ausgestattet. In der dargestellten Ausführungsform ermöglichen diese Überwachungsmittel auch eine gewisse Anzahl von zusätzlichen Messungen und Kontrollen, wie es aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervorgeht, die hierzu vorgenommen wird.
So umfassen die Überwachungsmittel, mit denen der Behälter 10 ausgestattet ist, einen oder mehrere Verformungsfühler oder Belastungsfühler 24 (2), wie zum Beispiel Reißfestigkeitsmesslehren und/oder Verformungs- oder Belastungs-Messfühler, die in der Wand 14 des Behälters 10 an der Grenzfläche zwischen der Umhüllung 16 und der Verstärkung 18 angebracht sind. Die Messfühler 24 werden in die Wand 14 bei deren Herstellung integriert. Zu diesem Zweck werden sie auf die Umhüllung 16 vor dem Wicklungsschritt, in dessen Verlauf die Verstärkung 18 angebracht wird, aufgebracht.
Genauer gesagt werden die Messfühler 24 in den Umfangsabschnitt der Wand 14 integriert, die dazu bestimmt ist, Verformungen und Belastungskräfte zu erfahren, die am stärksten sind, wenn der Druck in der Innenzone 22 des Behälters 10 variiert. Sie messen auf diese Weise permanent die Verformung oder das Belastungsniveau der Wand 14, das durch den im Behälter 10 herrschenden Druck erzeugt wird. Die Verformung oder das Belastungsniveau, das vom Messfühler 24 gemessen wird, rührt teilweise auch von der Beeinträchtigung bzw. Beschädigung des die Wand 14 bildenden Verbundmaterials her, wenn eine solche Beeinträchtigung besteht.
Der gemessene Unterschied, der zwischen dem Messfühler 24 und der Bezugsgröße besteht, gestattet es, den Funktionszustand der Wand 14 in Erfahrung zu bringen.
Um diesen Vergleich durchzuführen, wird der Behälter 10 auch mit mindestens einem weiteren Verformungs- oder Belastungs-Messfühler 26 wie einem Reißfestigkeitsmesser oder einem piezoelektrischen Messfühler ausgestattet, der am Boden 20 des Behälters angebracht ist, das heißt, an einem Abschnitt der Wand 14, in dem die Umhüllung 16 keine Verstärkung 18 aufweist. Wegen des Nicht-Vorhandenseins der Verstärkung 18 am Boden 20 werden die Verformungen desselben, die vom Messfühler 26 erfasst werden, nicht durch eine eventuelle Beschädigung der Verbundstruktur 16 modifiziert. Anders ausgedrückt misst der Messfühler 26 eine Größe, die für den im Innern des Behälters 10 herrschenden Druckpegel voll repräsentativ ist. Ein Vergleich der von den Messfühlern 24 und 26 gelieferten Signale ermöglicht also die Erfassung desjenigen Teils der Verformung der Wand 14, der von den Messfühlern 24 gemessen wird, der ausschließlich auf die Beschädigung der Verbundstruktur der Wand zurückzuführen ist.
Um diesen Vergleich auszuführen, wird der Behälter 10 auch mit Überwachungsmitteln des Zustandes dieses Behälters ausgestattet, die auf einer elektronischen Karte 28 angebracht sind, die wiederum in einem Instrumentenkasten 30 angebracht ist, der einen integralen Teil des Behälters 10 bildet. Genauer gesagt ist der Instrumentenkasten 30 auf abdichtende Weise an der Wand 14 des Behälters 10 befestigt, so dass er den gesamten Boden 20 desselben abdeckt. Der Verformungsmessfühler 26 ist ebenfalls im Innern des Instrumentenkastens 30 angeordnet.
Genauer gesagt ist die elektronische Karte 28 mit einem Speicher versehen, in dem eine Bezugskurve aufgezeichnet wird, welche die normale Entwicklung der Größe oder der Verformung der die Wand 14 des Behälters bildenden Verbundstruktur als Funktion der auf diese Struktur einwirkenden Belastungskraft aufgrund des Innendrucks angibt. Diese Bezugskurve wird experimentell an dem Behälter im neuen Zustand erhalten, indem die Entwicklung der Verformung der Verbundstruktur als Funktion des Innendrucks des Behälters, das heißt als Funktion der auf die Verbundstruktur einwirkenden Belastungskraft gemessen wird.
Die elektronische Karte 28 ist ebenfalls mit einer Verarbeitungsschaltung der von den Messfühlern 24 und 26 gelieferten Ausgangssignale versehen. Diese Schaltung überprüft permanent, ob die von den Messfühlern gelieferten Signale sich immer gemäß der gespeicherten Bezugsfunktion entwickeln. Wenn die Signale sich nicht mehr gemäß der Bezugskurve entwickeln, wird das Ereignis erfasst und behandelt. Diese Behandlung kann im einzelnen eine Speicherung dieses Ereignisses (Datum und erreichter Extremwert) und das Auslösen eines Alarmzeigers 32 umfassen, der am Gehäuse bzw. Kasten 30 angeordnet und von außen einsehbar ist, oder die Übertragung zu einem externen System.
In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ermöglichen die dem Behälter 10 zugeordneten Überwachungsmittel außerdem die Überwachung der folgenden weiteren Größen:

– Temperatur an der Verbundstruktur,
– Temperatur in der unmittelbaren Umgebung des Behälters,
– Zustände "leer" und "voll" des Behälters,
– Nicht-Überschreiten eines kritischen Drucks,
– Anzahl der Auffüllungen des Behälters,
– Pegel und eventuelle Richtung von von dem Behälter erfahrenen Stößen,
– verstrichene Zeit seit einer periodischen Überwachung,
– verstrichene Zeit seit der Inbetriebnahme des Behälters.

Um die Temperatur in der die Wand 14 bildenden Verbundstruktur zu messen, können ein oder mehrere Temperaturmessfühler (nicht dargestellt), beispielsweise einen Thermowiderstand, ein Thermoelement oder ein anderes Element an der Grenzfläche zwischen der Umhüllung 16 und der Verstärkung 18 angeordnet sein. Diese Temperaturmesser werden hierbei während der Herstellung der die Wand 14 bildenden Verbundstruktur ebenso wie die Messfühler 24 angebracht. Es ist anzumerken, dass alle in die Wand 14 integrierten Messfühler so gewählt sind, dass sie den Herstellungszyklus der den Außenteil der Wand 14 bildenden Verstärkung 18 aushalten können.
Ein weiterer Temperaturmessfühler (nicht dargestellt), zum Beispiel ein Thermowiderstand, ein Thermoelement oder ein anderes Element ist in dem Instrumentenkasten 30 angeordnet, um die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung der Flasche zu messen. Bei einer bestimmten Anzahl von Anwendungen kann dieser letztere Temperaturfühler als ausreichend betrachtet werden. Die Temperaturfühler, welche in die die Wand 14 bildende Verbundstruktur integriert sind, fallen dabei weg.
Eine der Schaltungen, mit denen die autonome elektronische Karte 28 versehen ist, vergleicht dabei die von den Temperaturmessfühlern gemessene(n) Temperatur(en) mit zwei vordefinierten Temperaturschwellen, jeweils einer oberen und einer unteren, welche den zugelassenen Einsatzbereich des Behälters 10 begrenzen. Der Vergleich findet permanent statt. Sobald eine der Schwellen überschritten ist, wird das Ereignis registriert und behandelt, das heißt beispielsweise gespeichert und an einen Alarmanzeiger 32 übertragen.
Es ist anzumerken, dass die von dem oder den im Behälter 10 angeordneten Temperaturmessfühler(n) gemessenen Temperaturen auch dazu verwendet werden können, die anderen von den in diesem Behälter befindlichen Überwachungsmitteln gemessenen Größen zu korrigieren.
Die von den Messfühlern 24 und 26 gelieferten Signale werden auch dazu verwendet, die Zustände "leer" und "voll" zu erfassen, sowie ein Nicht-Überschreiten eines kritischen Drucks.
So werden die Zustände "leer" und "voll" des Behälters in der elektronischen Karte 28 durch das Überschreiten von zwei vordefinierten Druckschwellen "hoch" und "niedrig" markiert. Ein Zähler (nicht dargestellt), der im Instrumentenkasten 30 untergebracht ist, wird jedes Mal dann weitergezählt, wenn der Innendruck des Behälters 10 nacheinander die Schwelle "niedrig" und dann die Schwelle "hoch" überschreitet. Über einer vorbestimmten Anzahl von Auffüllungen wird das Ereignis registriert und behandelt, beispielsweise durch eine Abspeicherung und eine Anzeige an einem Anzeiger 32 des Instrumentenkastens 30.
Die Erfassung der Druckschwelle "hoch", gekoppelt mit einem inneren Taktgeber (nicht dargestellt), wie zum Beispiel einem elektronischen Taktgeber, der im Instrumentenkasten 30 angeordnet ist, wird ebenfalls zur Bestimmung der effektiven Funktionsdauer in "vollem" Zustand des Behälters 10 verwendet.
Eine Vorrichtung, die analog zu der vorhergehenden ist, gestattet es, sich zu vergewissern, dass der Innendruck nicht einen vordefinierten kritischen Druck überschreitet. Im Fall des Überschreitens dieser Schwelle wird das Ereignis registriert und behandelt.
Ein Beschleunigungsmesser 34, beispielsweise ein dreidimensionaler Stoßmesser oder drei einfache Stoßmesser, die am Boden 20 des Behälters 10 befestigt sind, wird/werden zum Messen der Pegel und der Richtungen von Stößen, welche der Behälter eventuell erfährt, verwendet. Die erhaltenen Werte werden mit vordefinierten Maximalwerten in einer zu diesem Zweck vorgesehenen Schaltung auf der autonomen elektronischen Karte 28 verglichen. Der Wert der zulässigen Schwellen ist a priori unabhängig von der Richtung, da die Stoßdämpfung von der verletzten bzw. beschädigten Zone abhängt. Wenn eine der Schwellen erreicht wird, wird das Ereignis registriert und behandelt.
Der innere Taktgeber, der im Instrumentenkasten 30 untergebracht ist, zählt die Zeit, die seit der letzten periodischen Kontrolle verstrichen ist und vergleicht sie mit einer maximal zulässigen Zeitdauer. Bei jeder Kontrolle bzw. Überwachung wird der Zähler periodisch auf Null gestellt. Wenn die maximale Zeitdauer überschritten ist, wird das Ereignis registriert und behandelt.
Der interne Taktgeber berechnet auch die Nutzanwendungsdauer des Behälters 10 seit dessen Inbetriebnahme ohne Möglichkeit der Nullstellung. Der Zähler überträgt die Zeit, die seit dem Ende der Herstellung des Behälters verstrichen ist. Wenn die zulässige Lebensdauer überschritten ist, wird das Ereignis registriert und behandelt.
Es ist anzumerken, dass alle vordefinierten Werte, welche die soeben beschriebenen Überwachungsmittel charakterisieren, bei der Inbetriebnahme des Behälters eingestellt werden können.
Wie grob schematisch in 1 dargestellt ist, können die Überwachungsmittel, mit denen der Behälter 10 ausgestattet ist, außer den Alarmanzeigern 32, die eine Information in Echtzeit liefern, durch das Verbinden der elektronischen Karte 28 mit einem externen Auswertungssystem, beispielsweise einem externen Computer 36, programmiert und ausgewertet werden. Diese Verbindung kann permanent sein oder bei den periodischen Kontrollen des Behälters sowie vor seiner Inbetriebnahme durchgeführt werden.
Es ist anzumerken, dass die Mittel zur Überwachung des Verschlechterungszustands der die Wand 14 bildenden Verbundstruktur sowie das entsprechende Überwachungsverfahren nicht auf die beschriebene Anwendung beschränkt sind, das heißt auf den Fall, bei dem die Verbundstruktur die Wand eines ein druckbeaufschlagtes Fluid enthaltenden Behälters bildet. Vielmehr können das Verfahren und die Vorrichtung auch dazu verwendet werden, die Überwachung jeglicher Verbundstruktur auszuführen, die einer gleichmäßigen allgemeinen Belastung ausgesetzt ist und aus mindestens zwei unterschiedlichen, eine Grenzfläche bildenden Materialien zusammengesetzt ist.
Übrigens können in dem Fall, in dem das Verfahren gemäß der Erfindung auf einen Behälter angewandt ist, die Überwachungsmittel als einzige Funktion die Überwachung des Zustands der Verschlechterung des Verbundstoffs aufweisen, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Claims

Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Verbundstruktur (14), die aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien (16, 18) gebildet ist, welche entlang einer gegebenen Grenzfläche übereinandergeschichtet sind und einer gleichmäßigen Belastungskraft auf ihre gesamte Oberfläche ausgesetzt sind, die folgenden Schritte umfassend: – Messen einer von der Belastungskraft erzeugten Verformung oder eines Belastungsniveaus der Struktur 14 an der Grenzfläche, – Vergleichen der Verformung oder des gemessenen Belastungsniveaus mit einer Bezugsgröße der Struktur, die normalerweise durch die Belastungskraft erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bezugsgröße bestimmt wird, indem die Verformung oder das Belastungsniveau eines Abschnitts (20) der Struktur, der aus einem einzigen der Materialien gebildet ist, gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Verformung oder das gemessene Belastungsniveau sowie die Bezugsgröße mit einer Bezugskurve verglichen wird, welche die normale Entwicklung der Verformung oder des Belastungsniveaus der Struktur (14) als Funktion der auf sie einwirkenden Belastungskraft angibt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Bezugskurve erhalten wird, indem vorab die Entwicklung der Verformung oder des Belastungsniveaus der Verbundstruktur im neuen Zustand als Funktion der auf diese neue Struktur einwirkenden Belastungskraft gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Bezugskurve durch eine Gleichung zweiten Grades modelliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Verformung oder das Belastungsniveau des Abschnitts (20) der Struktur mittels mindestens einem ersten an dem Abschnitt angebrachten Messfühler (26) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verformung oder das Belastungsniveau der Struktur (14) mittels mindestens einem zweiten Messfühler (24) gemessen wird, der an der Grenzfläche bzw. Grenzfläche der Verbundstruktur angebracht ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, angewandt auf die Überwachung des Zustands einer Verbundstruktur (14), deren verschiedene übereinandergeschichtete Materialien eine Umhüllung (16) und eine Verstärkung (18) aus in einer Harzmatrix getränkten bzw. eingebetteten langen Fasern umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8 in Kombination, wobei der zweite Messfühler (24) der Verbundstruktur (14) bei deren Herstellung vor der Anfertigung der Verstärkung (18) an der Umhüllung (16) integriert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbundstruktur (14) einen Behälter (10) bildet, der ein druckbeaufschlagtes Fluid aufzunehmen vermag.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Abschnitt der Struktur eine Trennwand (20) ist, welche eine innere Zone (22) des Behälters (10), der das druckbeaufschlagte Fluid aufzunehmen vermag, von einem Instrumentenkasten (30) trennt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Instrumentenkasten (30) an der Unterseite des Behälters (10) angebracht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei mindestens eine weitere Größe gemessen wird, die aus der Gruppe ausgewählt wird, welche umfasst: die Temperatur an der Grenzfläche bzw. Grenzfläche der Struktur, die Temperatur in unmittelbarer Nähe der Struktur, der Innendruck des Behälters (10), das Niveau von eventuell von dem Reservoir (10) erfahrenen Stößen, die seit einer vorausgehenden Kontrolle verstrichene Zeit, die seit der Inbetriebnahme des Behälters (10) verstrichene Zeit, die Zustände "leer" und "voll" des Behälters (10) sowie die Anzahl von Füllungen desselben.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Messungen mittels Überwachungsmitteln (28) ausgeführt werden, welche mindestens teilweise in dem Instrumentenkasten (30) angebracht, sind.
Behälter für druckbeaufschlagtes Fluid mit einer Verbundwand (14), die aus einer Umhüllung (16) und einer Verstärkung (18) aus langen, in Harz getränkten bzw. eingebetteten Fasern gebildet ist, welche entlang einer gegebenen Grenzfläche bzw. Grenzfläche übereinandergeschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Messfühler (24) in die Verbundwand an der Grenzfläche zwischen der Umhüllung (16) und der Verstärkung (18) integriert ist, um eine Überwachung des Zustandes der Wand durch Vergleichen der Verformung oder des gemessenen Belastungsniveaus durch den ersten Messfühler (24) mit einer Bezugsgröße der Wand, die normalerweise durch den Druck des Fluids erzeugt wird, zu ermöglichen.
Behälter nach Anspruch 15, wobei mindestens ein zweiter Messfühler (26) an einer Trennwand (20) des Behälters ohne Verstärkung angebracht ist, um die Verformung oder das Belastungsniveau der Trennwand (20) zu messen.
Behälter nach Anspruch 16, wobei die Trennwand (20) eine Innenzone (22) des Behälters, der das Fluid aufzunehmen vermag, von einem Instrumentenkasten (30) trennt.
Behälter nach Anspruch 17, wobei die Trennwand (20) die Unterseite des Behälters bildet.
Behälter nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei der Instrumentenkasten (30) Überwachungsmittel (28) des Zustands des Behälters, welche mit dem ersten Messfühler (24) und dem zweiten Messfühler (26) verbunden sind, enthält.