Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Hochfeste mechanische Fügeverbindungen für Tragstrukturen von Windenergieanlagen mit großer Nabenhöhe unter kombinierter mechanisch - medialer Belastung

das Bestreben nach Effizienzsteigung führt im Bereich der Windenergie zu der Errichtung von Windenergieanlagen (WEA) großer Nabenhöhen. Herkömmlichen Turmkonzepten wie Rohrtürmen aus Stahl werden in der Segmentbauweise errichtet. Bei dieser Bauweise ist der Transport der Segmente infrastrukturbedingt ein erhebliches Problem. Aufgrund dessen werden alternative Turmbaukonzepte wie Beton-Stahl-Hybridtürme oder aufgelöste Stahlbautragstrukturen verwendet, welche am Einsatzort mittels hochfesten Verbindungen wie HV- Schrauben oder Schließringbolzen (SRB) gefügt werden. Diese Fügeverbindungen sind aufgrund der i.d.R. fehlenden Beschichtung der Fügepartner nach dem Setzprozess direkt den mechanischen und medialen Belastungen am Einsatzort ausgesetzt. Die Auswirkung dieser kombinierten Belastung auf das Korrosionsverhalten der Fügeverbindungen und der damit einhergehenden Auswirkung auf das Tragverhalten ist für diese Verbindungen nach aktuellem Stand der Technik unzureichend geklärt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist über ein validiertes Laborbelastungsregimes, den Einfluss der kombinierten Belastung auf das Korrosions- und Tragverhalten von hochfesten Verbindungen im Stahlbau zu bestimmen. Hierfür erfolgt eine Bauwerksbegutachtung an WEA bzgl. Auftretender medialer und mechanischer Belastungen, sowie vorliegender Korrosionserscheinungen an Fügestellen mittels optischer Analyse und elektrochemischer Messzelle. Anhand dieser Datenbasis erfolgt die Validierung des Laborbelastungsregimes. Das Belastungsregime wird zur Untersuchung des Tragverhaltens von SRB- und Schraubenverbindungen unter kombinierter Belastung verwendet.

Die Ergebnisse befähigen die KMU-Anwender Korrosionsschutzsysteme für WEA-Tragstrukturen praxisgerecht ausführen und aufgrund der verbesserten Lebensdauerabschätzung optimierte Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen festzulegen. Darüber hinaus werden Normen und Standards zur korrosionsschutzgerechten Auslegung von hochfesten Verbindungen erweitert.

Ergebniszusammenfassung:

Die im Zuge des Forschungsvorhabens gewonnen Ergebnisse betreffen sowohl klein- und mittelständische Zulieferfirmen als auch Endanwender in den Bereichen Stahl-, Schienenfahrzeug- und Anlagenbau, aber auch Unternehmen im Bereich der Windkraft (Endausrüstung). Es sind korrosionskritische Bereiche von Schließringbolzenverbindung, deren Auswirkung auf die Tragfähigkeit der Verbindung sowie Beschichtungssystem detailliert untersucht wurden.

Das entwickelte Verfahren kann als eine Hilfestellung bei der praxisgerechten Konzeption von Korrosionsschutzsystemen für hochfeste Verbindungen bei kombiniert mechanisch – medialer Belastung dienen. Mittels der erbrachten Ergebnisse kann insbesondere für klein- und mittelständische Unternehmen im Bereich des allgemeinen Stahlbaus auf die Notwendigkeit der korrekten Ausführung der Beschichtungssysteme hingewiesen werden. Für die Hersteller konnte der Einfluss der Vorbereitung der Oberfläche als auch die Applikation der Beschichtung dargelegt werden.

Durch das entwickelte Laborprüfverfahren kann auf aufwändige und kostenintensive sowie langwierige Freibewitterungsversuche verzichtet werden. Für die Auslegung von Spannwerkzeug von Prüfmaschinenherstellern kann eine Empfehlung zur geeigneten Werkstoffwahl bei korrosiver Belastung gegeben werden.

Für Endanwender lässt sich empfehlen Bauwerke mittels konstruktiver Maßnahmen dahingehend zu gestalten, dass das Regenwasser gezielt abläuft und an bestimmten Stellen eine Sammlung bzw. Probeentnahme erfolgen kann. Hierdurch lässt sich die Inspektion, verbunden mit Stilllegung der Anlage im Zeitraum der Wartung zu einer deutlich kostengünstigeren Variante der Inspektionen gestalten.