Für eine klimaneutrale Luftfahrt ist der Einsatz von flüssigem Wasserstoff (LH₂) als Energieträger zentral. Die sichere Speicherung in CFK-Kryotanks bei Temperaturen unter 120 K stellt jedoch hohe Anforderungen an Werkstoffe, Fügetechnologien und Überwachungssysteme. Konventionelle Sensorik ist für diese extremen Bedingungen nur eingeschränkt geeignet oder nicht ausreichend integriert. Es fehlt insbesondere an kryotauglichen, strukturell integrierbaren Sensorsystemen sowie an standardisierten Prüf- und Bewertungsmethoden für deren Einsatz in sicherheitskritischen Tankstrukturen. Dies limitiert die zuverlässige Zustandsüberwachung (Structural Health Monitoring, SHM) und verzögert die industrielle Einführung wasserstoffbasierter Luftfahrtsysteme.
Ziel des Verbundprojekts SEHRKALT ist die Entwicklung, Integration und Validierung kryotauglicher Faser-Bragg-Gitter-(FBG)-Sensoren zur Überwachung von CFK-Kryotanks für flüssigen Wasserstoff. Die Sensoren sollen im Temperaturbereich von 20 K bis 120 K hochpräzise Temperatur- und Dehnungsmessungen ermöglichen und dauerhaft in FVK-Strukturen integrierbar sein. Neben der Sensorauslegung werden geeignete Integrations- und Anbindungskonzepte entwickelt sowie Richtlinien zur Bewertung und Kryoalterung faseroptischer Sensorsysteme erarbeitet. Damit schafft SEHRKALT die Grundlage für ein zuverlässiges SHM-System für LH₂-Tanks und unterstützt die Einführung wasserstoffbasierter Antriebstechnologien in der Luftfahrt.
Das Vorhaben ist in vier Hauptarbeitspakete strukturiert: (HAP1) Entwicklung kryotauglicher FBG-Sensoren, (HAP2) Charakterisierung und Kalibrierung unter kryogenen Bedingungen, (HAP3) Entwicklung der Sensoranbindung und Integration in CFK-Tankstrukturen sowie (HAP4) Technologievalidierung im Labormaßstab. Meilensteine sichern die Verfügbarkeit erster Sensoren (M11), validierter Kalibrierkurven (M27) und eines umsetzbaren Integrationskonzepts (M33). Die Partner FBGS, FIBRE, IFAM und INVENT bündeln Kompetenzen in Sensorentwicklung, Materialcharakterisierung, Strukturintegration und industrieller Umsetzung. Die Validierung erfolgt an repräsentativen Funktionsmustern unter realitätsnahen Bedingungen.
Im Fokus des Teilvorhabens von FBGS steht die Entwicklung von Faser-Bragg-Gitter-(FBG)-Sensoren für präzise Temperatur- und Dehnungsmessungen bei extrem niedrigen Temperaturen. Hierfür werden neuartige faseroptische Sensorlösungen konzipiert, die auch unter kryogenen Bedingungen zuverlässige und genaue Messdaten liefern. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung innovativer Beschichtungssysteme. Diese sollen die Sensitivität der Sensoren erhöhen, mechanische und thermische Belastungen kompensieren sowie spektrale Peak-Verformungen reduzieren. Ziel ist es, die Stabilität und Messgenauigkeit der Sensoren insbesondere in kryogenen CFK-Strukturen sicherzustellen. Durch die enge interdisziplinäre Zusammenarbeit im Verbund wird gewährleistet, dass die entwickelten Sensoren optimal in kryogene Anwendungen und CFK-Komponenten integriert werden können.
Projektpartner
. INVENT GmbH, Braunschweig (Federführung)
. FBGS Technologies GmbH, Jena
. Fraunhofer IFAM – Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung, Bremen
. Faserinstitut Bremen e. V. (FIBRE), Bremen
Das Forschungsvorhaben (Förderkennzeichen 20M2436A) wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWE) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo VII-1) gefördert, wofür ausdrücklich gedankt wird. Mehr Infornationen hier: https://luftfahrtforschungsprogramm.de/
