Projektkurzbeschreibung

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

Steckbrief

Eckdaten

Förderinstitution:
FOSTA
Laufzeit:
01.12.2014 bis 31.05.2017
Projektnummer:
AIF 18460 N FOSTA P1080

Ansprechpartner am ISF

Foto des ISFInstitut für Schweißtechnik und Fügetechnik

Mit der nach der verheerenden Reaktorkatastrophe in Fukushima von der Bundesregierung eingeleiteten Energiewende werden ehrgeizige energiepolitische Ziele angestrebt, welche im „Energiekonzept 2050“ definiert werden. Dieses Energiekonzept entwirft die künftige Energieversorgung in Deutschland und betont in erheblichem Maße die sogenannten erneuerbaren Energien als Garanten für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung. Zudem werden bereits Vorgaben für das Jahr 2020 hinsichtlich einer ökonomisch sowie ökologisch verbesserten Nutzung des Energieverbrauchs gemacht. Für deren Erreichung nimmt die Offshore-Windenergie eine Schlüsselrolle ein, da die übrigen erneuerbaren Energiequellen in ihrer technologischen Entwicklung noch nicht so weit fortgeschritten sind wie die Windenergietechnik. Angesichts dieser Bedeutung der Windenergietechnik stellen die Schwierigkeiten, den Sicherheitsnachweis für die Tragstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen (Offshore-WEA) zu führen, ein erhebliches Risiko für das Erreichen der energiepolitischen Ziele bis 2020 dar.
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.
Es wird die Erweiterung des Werkstoffspektrums in Richtung höherfester Stähle mit entsprechender Anpassung des metallurgischen Konzepts hinsichtlich optimierter EB-schweißtechnischer Verarbeitbarkeit angestrebt. Dies erweitert die Absatzmöglichkeit der deutschen Grobblechlieferanten und stärkt die in der gleichen Produktionskette aktiven KMU, die als Zulieferer und Verarbeiter von Bauteilen fungieren. Zudem besteht die Erwartung, dass eine neue Fertigungstechnologie für die Herstellung von Großstrukturen eingeführt werden kann, die flexibel auf die Anforderungen einzelner Unternehmen angepasst werden kann.