Ermüdungsfestigkeit hochfester Offshore-Feinkornbaustähle mit und ohne Nachbehandlung (HSS-FAT-OWEC)

Mit der im Jahr 2017 beschlossenen Novelle des Erneuerbaren Energien Gesetzes (EEG) für den Ausbau erneuerbarer Energien ist durch die Bundesregierung das Ziel ausgegeben worden, bis zum Jahr 2025 den Anteil des durch erneuerbare Energien erzeugten Stroms in Deutschland auf bis zu 45 % zu steigern. Bis zum Jahr 2035 soll dieser Anteil auf ca. 55–60 % und bis zum Jahr 2050 auf mindestens 80 % anwachsen. Onshore- und Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) sind im EEG-Ausbaupfad als tragende Säule definiert und leisten einen unverzichtbaren Beitrag. Ein wesentliches Einsparpotenzial liegt in der Optimierung der Bemessungs-, Fertigungs- und Installationsverfahren der OWEA-Gründungsstrukturen, welche einen Anteil von ca. einem Drittel der gesamten Kosten eines Offshore-Windparks ausmachen. Die OWEA-Tragstrukturen werden kontinuierlich durch Wind-, Wellen- und Betriebslasten dynamisch beansprucht. Dabei sind die Schweißverbindungen als maßgebendes Konstruktionsdetail zu sehen. Deren Ermüdung spielt eine entscheidende Rolle für die Lebensdauer der Struktur.

In diesem Kooperationsprojekt zwischen den Industriezweigen Stahl- und Maschinenbau wird die automatisierte Nachbehandlung von Stumpfnahtverbindungen dicker Bleche untersucht. Dafür kommt der im Maschinenbau etablierte Festwalzprozess und der im Stahlbau etablierte Hämmerprozess zum Einsatz.

Ziel des Projekts ist es, den die automatisierte Anwendung der Prozesse zu qualifizieren. Im Fokus der Untersuchungen stehen die initial inhomogene Kerbgeometrie sowie die initial inhomogenen Randzoneneigenschaften der Schweißverbindungen und deren Veränderung durch die Nachbehandlungsprozesse. Zur Erklärung der Wirkzusammenhänge werden numerische Modelle aufgebaut und die Nachbehandlungsprozesse simuliert. Die erzeugten Erkenntnisse werden anschließend auf das Verhalten während dynamischer Schwingprüfungen übertragen. Mit der Kenntnis über den Einfluss der automatisierten Nachbehandlung auf die Kerbgeometrie und die Randzoneneigenschaften der Stumpfnahtverbindungen kann deren Lebensdauer gezielt gesteigert werden. Dies ermöglicht die Optimierung der OWEA-Gründungsstrukturen hin zu leichterer Bauweise bei gleichsam optimierter Ermüdungsfestigkeit.