Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Revisionskonzepte für hochtemperaturbeanspruchte Flansch- und Schraubenverbindungen im flexiblen Anlagenbetrieb

Das zentrale Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung und Charakterisierung des Relaxationsverhaltens von typischen HT-Schrauben- und Flanschwerkstoffen unter Berücksichtigung bauteilnaher Beanspruchungsbedingungen und deren Beschreibung mittels plattformunabhängiger, robuster Materialroutinen. Diese Materialroutinen und die aufbauend auf den Erkenntnissen des Vorhabens abgeleiteten Handlungsempfehlungen zu Revisions- und Austauschintervallen sollen es Berechnungsingenieuren ermöglichen, künftig Revisionsintervalle präziser und insbesondere zustandsabhängig festlegen zu können. Im Rahmen des Vorläufervorhaben AiF-Nr. 17146N wurden diesbezüglich erste vielversprechende Erkenntnisse zum transienten Relaxationsverhalten gewonnen. Es sind jedoch auch neue Fragestellungen entstanden, die für eine umfassende und allgemeingültige Erfüllung des Forschungsziels weiterführende experimentelle und theoretische Untersuchungen erfordern. Mit den im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens entwickelten Methoden und Materialmodellen erhalten KMU wertvolle Ansätze, transient beanspruchte Flansch- und Schraubenverbindungen sowohl analytisch als auch numerisch abgesichert bewerten zu können. Da entsprechende Ansätze in heutigen Regelwerken weder für Neukonstruktionen noch für Bestandsanlagen vorhanden sind, nehmen die am Projekt beteiligten KMU eine Vorreiterrolle bei der Entwicklung jener Standards ein, die im Anschluss an das Vorhaben als Empfehlungen und Merkblätter entsprechenden Normungsgremien vorgelegt werden sollen. Die Überprüfung der Anwendbarkeit der Materialroutinen bei der Bewertung realer Bauteile übernehmen die Industriepartner im Rahmen des Vorhabens. Die spezifischen Transfermaßnahmen in die KMU-Betriebe beinhalten neben dem Abschlussbericht und der Abschlusspräsentation, Publikationen auf wissenschaftlichen Fachtagungen sowie die direkte Beratung der beteiligten Unternehmen zu Anwendungsmöglichkeiten der erzielten Ergebnisse im Rahmen von Workshops.

Ergebniszusammenfassung:

Durch das Forschungsvorhaben konnte ein wertvoller Beitrag im Hinblick auf Auslegung, Bewertung und Berechnung von hochtemperaturbeanspruchten Schrauben- und Flanschverbindungen geleistet werden. Mit den weiterentwickelten Werkstoffmodellen ist eine gute Beschreibung von anisothermen, instationären Versuchen möglich. Anhand des arbeitsintensiven Bauteilversuches konnten interessante Erkenntnisse zum wiederholten Verspannen und zur zyklischen Belastung an einem realitätsnahen an die Beanspruchungen realer Bauteile angepassten Versuchskörpers gewonnen werden. Diese Erkenntnisse und die Ergebnisse aus den Basisversuchen in Kombination mit dem Werkstoffmodellen inklusive der jeweiligen Werkstoffanpassungen erlauben eine präzisere Abschätzung von Revisionsintervallen und die Abschätzung einzelner Einflüsse auf das Relaxationsverhalten. Mit Hilfe von numerischen Untersuchungen wurde ein Flanschersatzmodell entwickelt, gefertigt und erprobt und die Ergebnisse mit dem Bauteilversuch abgeglichen. Mit dem Flanschersatzmodell steht ein gegenüber dem herkömmlichen Schraubenverbindungsmodell ein einfacher und etwas realitätsnäherer Modellkörper zur weiteren Erprobung zur Verfügung.

Zusätzlich steht nach Abschluss des Vorhabens eine erweiterte Datenbasis für typische Schrauben- und Flanschwerkstoffe sowie die jeweiligen Anpassungen für die Kriechgesetze zur Verfügung. Die entwickelten Kriechgesetze mit den Anpassungen wurden den Arbeitskreismitgliedern zur Verfügung gestellt und erfolgreich an eigenen Anwendungen getestet.