Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Steigerung der Festigkeit und Dauerhaftigkeit von Stahl-Klebungen im Offshorebereich

Offshore-WEA verfügen über zahlreiche sekundäre Anbauteile (Halterungen für den kathodischer Korrosionsschutz, J-Tubes, Leitern etc.). Die Befestigung erfolgt derzeit mechanisch oder schweißtechnisch. Dabei entstehen metallurgische und geometrische Kerben, die zu einer reduzierten Schwingfestigkeit der Primärstrukturen führen. Zudem stellt die starke korrosive Belastung hohe Anforderungen an Materialauswahl und Verbindungsausführung.

Ziel des Vorhabens ist die Erweiterung des bestehenden Kenntnisstands zum Kleben von sekundären Anbauteilen unter Wasser sowie in der Spritzwasser- und Wasserwechselzone. Durch die Vermeidung von schädlichen Kerben in der Primärstruktur, einer Verbesserung der Dauerhaftigkeit von Offshore-Klebungen sowie die Möglichkeit eines nachträglichen schädigungsfreien Anbringens von Sekundärbauteilen soll eine leistungsfähige, alternative Fügetechnik für alle Beanspruchungszonen offshore entwickelt werden. Im Rahmen des Projektes werden systematische Untersuchungen an ausgewählten Klebstoffen zur Auswirkung unterschiedlicher Oberflächenvorbehandlungen auf die Langzeitbeständigkeit der Klebverbindung durchgeführt. Zur Verkürzung der Prozesszeit erfolgt die Entwicklung eines Schnellhärteverfahrens. Erkenntnisse über robuste Klebprozesse für Kleinbauteile werden auf Großstrukturen übertragen. Zudem erfolgen ein Nachweis der Anwendbarkeit im Feld sowie eine Validierung der Verbindungstragfähigkeit durch Bauteilversuche.

Durch die Vermeidung ungünstiger Kerben in der Primärstruktur können geringere Wanddicken eingesetzt und höherfeste Stahlwerkstoffe eingesetzt werden. Somit können Material- und Transportkosten sowie Emissionen in der Herstellung und im Transport reduziert werden. Aufgrund der Möglichkeit einer nachträglichen Montage wird eine flexible Fertigungsabfolge erreicht. KMUs profitieren durch die Erweiterung des Produktportfolios um Nachrüstlösungen sowie durch das Angebot klebtechnischer Dienstleistungen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Projektes wurde ein Fertigungskonzept entwickelt, mittels welchem die klebtechnische Fertigung von Haltern inklusive Oberflächenvorbehandlung und Schnellhärtung im Trockenen (SWZ, WWZ) sowie unter Wasser (UWZ) durchgeführt werden kann. Dabei wurden unterschiedliche Oberflächenvorbehandlungsverfahren in den Prozess integriert und deren Eignung mit ausgewählten Klebstoffsystemen verglichen. Anhand von sekundäranalytischen Verfahren konnten Prozessparameter entwickelt und optimiert werden, welche für die Herstellung von Proben zur Alterungsuntersuchung verwendet worden sind. Weiterhin erfolgte die Entwicklung eines induktiven Heizsystems, mittels welchem die Aushärtung des Klebstoffs beschleunigt werden kann. Um die Eignung der Klebverbindungen sowie Beschichtungen für den Offshore-Einsatz grundsätzlich zu bestätigen, wurden Halterproben zur Freibewitterung ausgelagert und an anderen genormten Alterungen im Labor durchgeführt. Anhand von Kopfzugversuchen wurde anschließend die mechanische Haftfestigkeit ermittelt. Für die Abbildung eines im maritimen Feld üblichen Großmaßstabs wurden auf Basis der bisherigen Untersuchungen zwei Halterdesigns entwickelt. Diese angepassten Geometrien unterscheiden sich von den Probekörpern für die Alterungsuntersuchungen insbesondere im Hinblick auf die Größe der Klebfuge. Um zu prüfen, ob ein blasenfreies Verfüllen der Klebkavität möglich ist, folgten numerische Untersuchungen zur Injektion. Des Weiteren wurde der gesamte Fertigungsprozess für die neuen Randbedingungen erprobt und validiert. Anhand von experimentellen Kragarmbiegeversuchen erfolgte anschließend die Bestimmung der Tragfähigkeit von großmaßstäblichen, geklebten Haltern. Durch die Erprobung des Verfahrens von Tauchern unter realen Bedingungen zeigte sich, dass ein praktikabler und robuster Prozess für den klebtechnischen Anschluss von Sekundärbauteilen bei Offshore-Bauwerken im Klein- und Großmaßstab für alle Beanspruchungszonen vorliegt.