Neue Bearbeitungsverfahren steigern Lebensdauer von Schweißverbindungen

28.03.2024

Mögliches Umsetzungskonzept für den Festwalzprozess an einem Mantelschuss

Die Steigerung der Lebensdauer von Schweißverbindungen in der Windenergie – dies war das Ziel der Forschenden im AiF-IGF Forschungsprojekt HSS-FAT-OWEC. „Wir haben unser Ziel erreicht“, sagt Steffen Heikebrügge, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover. „Wir freuen uns, mit unseren Ergebnissen einen Beitrag zur Energiewende zu leisten.“ Im Projekt konnte insbesondere durch den für Schweißverbindungen neuartigen Festwalzprozess die Ermüdungsfestigkeit um 85 Prozent gesteigert werden. Dadurch könnten 28 Prozent der Stahltonnage eines Monopiles eingespart werden. Gemeinsam mit dem Institut für Stahlbau (IfS) der Universität Hannover und Unternehmen aus den Bereichen Fertigungstechnik, Messtechnik und dem Stahlbau konnten die Prozesse durch numerische und experimentelle Untersuchungen ausgelegt und dadurch diese signifikante Lebensdauersteigerungen dynamisch beanspruchter Schweißverbindungen erreicht werden.

Für das Erreichen der energiepolitischen Ziele sowie für die Aufrechterhaltung der nationalen Windenergieindustrie sind neue Erkenntnisse und technische Innovationen für Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) zwingend erforderlich. Allein zur Realisierung des aktuellen Ausbauziels von 30 GW Leistung aus Offshore-Windenergie bis 2030 sind etwa 4.200 zusätzliche Anlagen (bei 190 Anlagen pro GW Leistung) mit einer Stahltonnage von durchschnittlich 1.500 t (Monopile-Gründungsstruktur+Turm) notwendig. Überschlägig bedeutet dies etwa 6,3 Mio. Tonnen Stahlkonstruktion alleine in diesem Windenergiebereich bis zum Jahr 2030.

Im AiF-IGF-Vorhaben HSS-FAT-OWEC wurden die mechanischen Bearbeitungsverfahren Festwalzen und Höherfrequentes Hämmern an in der Windenergie üblichen Unterpulver-Schweißverbindungen der Werkstoffe S460ML und S690QL untersucht. Das Ziel der Untersuchungen war die Steigerung der Ermüdungsfestigkeit. Eine erhöhte Ermüdungsfestigkeit kann in der Bemessung zu einer Reduktion der Blechdicken und folglich auch der benötigten Stahltonnagen führen.

Heikebrügge „Die im Vorhaben erzielten Ermüdungsfestigkeitssteigerungen betrugen bis zu 85 Prozent. Insbesondere der Übertrag auf Proben mit Dicken von bis zu 60 mm war erfolgreich. Nach vorläufigen Berechnungen könnten durch die Anwendung der mechanischen Bearbeitungsverfahren 28 Prozent der Stahltonnage eingespart werden!“

Die erzielten Ergebnisse finden Anklang in der Industrie: Aktuell plant das IFW zusammen mit dem IfS und Unternehmen des projektbegleitenden Ausschusses ein weiteres Vorhaben: Dieses hat eine prototypische Integration mechanischer Bearbeitungsverfahren in die Fertigungskette zur Herstellung der Gründungsstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen zum Ziel.

Keywords: Offshore-Windenergie, Ermüdungsfestigkeit, Mechanische Bearbeitung, Festwalzen, Höherfrequentes Hämmern

Kontakt:

Für weitere Informationen steht Ihnen Steffen Heikebrügge, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 18293 oder per E-Mail (heikebruegge@ifw.uni-hannover.de) gern zur Verfügung.

Verfasst von Steffen Heikebrügge

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