Gelöster Wasserstoff in Metallen führt in vielen Fällen zu einer Reduzierung der Güte von mechanischen Eigenschaften. Dies äußert sich auf vielfältige Weise und wird unter dem Begriff Wasserstoffversprödung zusammengefasst. Für ein grundlegendes Verständnis dieses Phänomens müssen die Vorgänge im Metall auf mikroskopischer Skala ergründet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher ein Aspekt der Wasserstoffversprödung, die Interaktion von Wasserstoff mit Versetzungen, näher untersucht. Zur Untersuchung des Einflusses von Wasserstoff auf die Versetzungsbildung wurden verschiedene Verformungsexperimente an Palladium und Vanadium durchgeführt. Prinzipielle Vorgänge der Defektbildung wurden durch Versuche an einzelnen Versetzungen unter Verwendung von Nanoindentation und Zugexperimenten im ETEM durchgeführt, um einen breiten Überblick zu erlangen. Zusätzlich wurden zum besseren Verständnis der Vorgänge Molekulardynamiksimulationen von derartigen Versuchen ausgeführt. Zur Untersuchung der Interaktion von Versetzungen miteinander wurden Säulen im Mikrometerbereich verformt und Blech durch Kaltwalzen verformt. Des Weiteren wurde durch Hochdruck-Torsion maximale Verformungen realisiert. Die verwendeten Modellmaterialien erlauben es verschiedene prinzipielle Vorgänge der Defektbildung zu untersuchen und so einen breiten Überblick über prinzipielle Vorgänge im kfz Gitter (Palladium) bzw. krz Gitter (Vanadium) zu erhalten.

Bei dem Prozess einer Wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion (H-SpRK) handelt es sich um einen zeitabhängigen Vorgang, der zu einer Reduzierung der Duktilität und Widerstandskraft des Spannstahls führt und daraus resultierend ein sprödes und schlagartiges Versagen eines Spannbetonbauwerkes zur Folge haben kann. Der Prozess selbst und insbesondere auch die ihn beeinflussenden Parameter sind für die im Bauwesen verwendeten hochfesten Spannstähle älterer Produktion weitestgehend unerforscht. Die Relevanz für bestehende Bauwerke ist jedoch nicht zuletzt durch einzelne dokumentierte und untersuchte Schadensfälle nachgewiesen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die zur Verfügung stehenden Bauwerksuntersuchungen aus den zurückliegenden ca. 10 Jahren statistisch zu analysieren und auszuwerten. Auf dieser Basis war ein Berechnungsmodell wahrscheinlichkeitstheoretischer Basis zu entwickeln, mit dem die Gefahr eines spröden Bauwerksversagens für das Gesamttragwerk beurteilt und hinsichtlich der Auswirkungen auf das einzuhaltende Sicherheitsniveau bewertet werden kann. Es wurden insgesamt 31 Bauwerksuntersuchungen statistisch ausgewertet und beurteilt. Die zur Verfügung stehenden Daten wurden analysiert und hinsichtlich der Prüfqualität sowie der Quantität der Proben bewertet. Dabei war festzustellen, dass aufgrund fehlender konkreter Vorgaben im Regelwerk eine sehr heterogene Datenbasis vorliegt. Nicht alle Untersuchungsergebnisse konnten in die weitere Auswertung einbezogen werden. Die in ausreichender Datenqualität und Datenumfang geeigneten Untersuchungen wurden hinsichtlich ihrer Relevanz für den Prozess einer H-SpRK analysiert und die Auswirkungen einzelner Parameter bewertet. Im Ergebnis der materialtechnischen Untersuchungen und statistischen Auswertung der Bauwerksuntersuchungen wurde ein Berechnungsmodell vorgestellt, das den gleichzeitigen Ausfall von Spannstahl in allen Bereichen des Bauwerkes berücksichtigt. Zusätzlich zum Standardverfahren des beschriebenen Vorgehens wird das Modell um den Ansatz eines korrelierten Spannstahlausfalls erweitert. Außerdem wird für Bauwerke mit einem statisch unbestimmten Anteil der Vorspannung sowie für Konstruktionen mit gestaffelter Spannstahlbewehrung die Anwendung des Verfahrens konkretisiert. Neben der Erstellung des Berechnungsmodells wurden Vorschläge zu Vorgaben für die Bauwerksprüfung vorgestellt. Dazu zählen insbesondere die Festlegung von Prüfintervallen sowie einheitliche Vorgaben zu den verwendeten Prüfmethoden und -verfahren. Bezüglich der Festlegung von Mindestumfängen von Proben wird zwischen bestehenden und auch weiter zu nutzenden Bauwerken einerseits sowie Probennahmen im Rahmen von Rückbaumaßnahmen unterschieden.

Bei dem Prozess einer Wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion (H-SpRK) handelt es sich um einen zeitabhängigen Vorgang, der zu einer Reduzierung der Duktilität und Widerstandskraft des Spannstahls führt und daraus resultierend ein sprödes und schlagartiges Versagen eines Spannbetonbauwerkes zur Folge haben kann. Der Prozess selbst und insbesondere auch die ihn beeinflussenden Parameter sind für die im Bauwesen verwendeten hochfesten Spannstähle älterer Produktion weitestgehend unerforscht. Die Relevanz für bestehende Bauwerke ist jedoch nicht zuletzt durch einzelne dokumentierte und untersuchte Schadensfälle nachgewiesen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die zur Verfügung stehenden Bauwerksuntersuchungen aus den zurückliegenden ca. 10 Jahren statistisch zu analysieren und auszuwerten. Auf dieser Basis war ein Berechnungsmodell wahrscheinlichkeitstheoretischer Basis zu entwickeln, mit dem die Gefahr eines spröden Bauwerksversagens für das Gesamttragwerk beurteilt und hinsichtlich der Auswirkungen auf das einzuhaltende Sicherheitsniveau bewertet werden kann. Es wurden insgesamt 31 Bauwerksuntersuchungen statistisch ausgewertet und beurteilt. Die zur Verfügung stehenden Daten wurden analysiert und hinsichtlich der Prüfqualität sowie der Quantität der Proben bewertet. Dabei war festzustellen, dass aufgrund fehlender konkreter Vorgaben im Regelwerk eine sehr heterogene Datenbasis vorliegt. Nicht alle Untersuchungsergebnisse konnten in die weitere Auswertung einbezogen werden. Die in ausreichender Datenqualität und Datenumfang geeigneten Untersuchungen wurden hinsichtlich ihrer Relevanz für den Prozess einer H-SpRK analysiert und die Auswirkungen einzelner Parameter bewertet. Im Ergebnis der materialtechnischen Untersuchungen und statistischen Auswertung der Bauwerksuntersuchungen wurde ein Berechnungsmodell vorgestellt, das den gleichzeitigen Ausfall von Spannstahl in allen Bereichen des Bauwerkes berücksichtigt. Zusätzlich zum Standardverfahren des beschriebenen Vorgehens wird das Modell um den Ansatz eines korrelierten Spannstahlausfalls erweitert. Außerdem wird für Bauwerke mit einem statisch unbestimmten Anteil der Vorspannung sowie für Konstruktionen mit gestaffelter Spannstahlbewehrung die Anwendung des Verfahrens konkretisiert. Neben der Erstellung des Berechnungsmodells wurden Vorschläge zu Vorgaben für die Bauwerksprüfung vorgestellt. Dazu zählen insbesondere die Festlegung von Prüfintervallen sowie einheitliche Vorgaben zu den verwendeten Prüfmethoden und -verfahren. Bezüglich der Festlegung von Mindestumfängen von Proben wird zwischen bestehenden und auch weiter zu nutzenden Bauwerken einerseits sowie Probennahmen im Rahmen von Rückbaumaßnahmen unterschieden.

This Master's thesis is part of the Hydrogen Embrittlement in Rolling element bearings project (HERo) initiated at Luleå University of Technology (LTU), with the primary objective of determining critical hydrogen concentrations in bearing steel for rolling element bearings. The specific aim of this Master's thesis is to design a test rig that enables the investigation of the effects of hydrogen embrittlement on rolling element bearings under load. The design process focused on ease of manufacture and assembly. The developed test rig includes an electric motor, a pneumatic load application mechanism, and an electrochemical cell. Using the leverage principle, a thrust roller bearing is loaded vertically, while it is driven by an electric motor that is connected to the bearing with a tyre coupling. The electrochemical cell, which consists of a reference electrode, counter electrode, and the test bearing as the working electrode, is used to charge the test bearing with hydrogen. The cell was designed to be easily accessible between tests to facilitate the change of thrust roller bearings. The test bench enables the analysis of rolling element bearings that are exposed to simultaneous hydrogen embrittlement and realistic operating conditions. / Detta examensarbete är en del av Hydrogen Embrittlement in Rolling element bearings-projektet (HERo) som pågår vid Luleå tekniska universitet (LTU), med huvudmålet att bestämma de kritiska vätekoncentrationerna i lagerstål för rullningslager. Det specifika målet med detta examensarbete är att konstruera en testrigg för att direkt undersöka effekten av väteförsprödning av lager i en simulerad verklig tillämpning. Designprocessen fokuserade på enkel tillverkning och montering.  Den utvecklade testriggen inkluderar en elmotor, en pneumatisk lastpåläggnings-mekanism och en elektrokemisk cell. Med hjälp av hävstångsprincipen belastas ett axiellt rullager vertikalt, medan det drivs av en elmotor via en däckkoppling. Den elektrokemiska cellen, som består av en referenselektrod, motelektrod och testlagret som arbetselektrod, används för att införa väte i lagret. Cellen har konstruerats på ett sätt som underlättar byte av testlager mellan testerna.  Testriggen skapar därmed möjligheten att analysera rullningslager som utsätts för väteförsprödning under realistiska driftförhållanden. / Diese Masterarbeit ist Teil des Hydrogen Embrittlement in Rolling element bearings-Projekts (HERo), das an der Technischen Universität Luleå (LTU) initiiert wurde, mit dem primären Ziel, kritische Wasserstoffkonzentrationen für Lageranwendungen zu bestimmen. Das spezifische Ziel dieser Masterarbeit ist es, einen Prüfstand zu konstruieren, um die Auswirkungen von Wasserstoffversprödung auf Rollenlager im Belastungszustand zu untersuchen. Der Schwerpunkt des Designprozesses lag darauf, eine einfache Fertigung und Montage des Prüfstandes zu gewährleisten.  Der entwickelte Prüfstand umfasst einen Motor, einen Mechanismus zur Lastaufbringung und eine elektrochemische Zelle. Mithilfe des Hebelgesetzes wird das Testlager vertikal belastet, während es mithilfe eines Elektromotors und einer Reifenkupplung angetrieben wird. Die elektrochemische Zelle, bestehend aus Referenzelektrode, Gegenelektrode, und dem Testlager als Arbeitselektrode, dient dazu, Wasserstoff in das Testlager einzubringen. In ihrem Design wurde darauf geachtet, dass sie zwischen den Tests leicht zugänglich ist, um den Austausch der Testproben zu erleichtern. Der Prüfstand ermöglicht somit die Analyse von Rollenlagern, die sowohl Wasserstoffversprödung als auch realistischen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind.