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Erweiterung des Werkstoff- und Verarbeitungsspektrums im Windenergieanlagenbau durch konsistente Bauteilsicherheitsnachweise und schweißtechnische Prozessoptimierung

Kurze Beschreibung

Die Schwierigkeiten in der Auslegung der Tragstrukturen von Offshore-WEAs betreffen zunächst den Festigkeitsnachweis gegen Werkstoffermüdung. Hinsichtlich der Schweißverbindungen kommt als zusätzliche Schwierigkeit hinzu, dass der Ermüdungs- und der Zähigkeitsnachweis im derzeit gültigen Regelwerk nur unzureichend aufeinander abgestimmt sind, was ebenfalls zu äußerst konservativen Designoptionen führt. Hier stellt sich die Frage, ob nicht durch ein aufeinander aufbauendes Nachweiskonzept, welches den Ermüdungs- mit dem Zähigkeitsnachweis verknüpft, eine Verringerung der Zähigkeitsanforderungen möglich wäre. Durch eine gleichzeitige prozesstechnische Optimierung der Zähigkeitseigenschaften von EB-Schweißverbindungen könnte der Einsatz dieses gerade im Dickblechbereich äußerst effizienten Verfahrens ohne Sicherheitseinbußen ermöglicht werden. Das Projekt hat deshalb zum Ziel, das Werkstoff- und Verarbeitungsspektrum für Trag- und Gründungsstrukturen in Offshore-WEA zu erweitern. So sollen einerseits durch werkstoff- und strukturmechanische Berechnungen die Grundlagen für eine Verbesserung der Auslegungsregeln dieser Bauteile erarbeitet werden. Andererseits soll durch weiterführende, auf die jeweiligen Fügepartner abgestimmte prozesstechnische Optimierungen das beim Fügen dickwandiger Bauteile vorteilhafte Elektronenstrahlschweißen als Alternativlösung zum konventionellen Unterpulverschweißen etabliert werden. Hierdurch gelingt eine Erweiterung des Werkstoffund Verarbeitungsspektrums für diese Bauteile mit dem entsprechenden Potenzial für wirtschaftlichen Leichtbau. Hieraus leiten sich folgende Ziele ab:
- Einsatz der Bruchmechanik zur Sicherstellung einer optimalen Ausnutzung der zyklischen Festigkeitseigenschaften der hochfesten Stähle und ihrer Schweißverbindungen unter Federführung des Instituts für Stahlbau und Leichtmetallbau (STB),
- Einsatz der Schädigungsmechanik zur Ableitung realistischer Zähigkeitsanforderungen unter Federführung des Instituts für Eisenhüttenkunde (IEHK)
- Schweißtechnische Prozessoptimierung, insbesondere hinsichtlich des Einsatzes des EB-Schweißens im Bau der Tragstrukturen von Offshore-WEA unter Federführung des Instituts für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF).

Forschungsförderung

AiF - Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Partner

Laufzeit

11 / 2014 - 04 / 2017

Ansprechpartner

Sandro Citarelli