25.08.2023 – Um Offshore-Windkraftanlagen in Zukunft robuster zu machen, testet die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) spezielle Legierungen zur Verstärkung von Schweißnähten.
Wer viel Wind will, muss oft hoch hinaus. Aber auch nicht nur deswegen, gewinnen Windräder immer mehr an Höhe. Für mehr Leistung werden die Türme auch zunehmend mit längeren Rotorblättern ausgestattet. Dennoch müssen die Anlagen wirtschaftlich und technisch realisierbar bleiben, weshalb ein rascher Übergang zur Leichtbauweise mit modernen hochfesten Stählen unumgänglich erscheint.
Die heutigen Offshore-Anlagen bestehen – je nach Bauart – aus bis zu 2.000 Tonnen Stahl, von dem ein Großteil für die tragenden Strukturen unterhalb der Wasserlinie verwendet wird. Dabei könnten, wie das Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) bekanntgab, durch konsequente Leichtbauweise mit hochfesten Stählen bis zu 400 Tonnen eingespart werden. Eine Herausforderung bei der stellen jedoch die Schweißnähte dar. „Windenergieanlagen sind, zumal auf See, gewaltigen Belastungen durch Wind und Wellen ausgesetzt, die das Material schwingend, d. h. zyklisch wechselnd, beanspruchen. Gerade die Schwingfestigkeit moderner hochfester Stähle wird durch den Schweißvorgang beeinträchtigt, weil dieser zu strukturellen Veränderungen im Material führt“, erläutert Arne Kromm, Experte für Schweißtechnik an der BAM. „Gleichzeitig werden diese Nähte während des Betriebs der Anlage am höchsten belastet.“
Methoden zur manuellen Nachbearbeitung von Schweißnähten an besonders kritischen Stellen sind zwar vorhanden, jedoch sind diese Verfahren sehr personal- und zeitintensiv und damit teuer. Im Rahmen eines Kooperationsprojekts testet die BAM daher spezielle Legierungen als Schweißzusätze, die die Schweißnähte an den besonders kritischen Stellen verstärken sollen. Damit soll der Industrie die sichere Verarbeitung dieser speziellen Schweißzusatzwerkstoffe ermöglicht werden gleichzeitig entsprechende Regelwerke optimieren. Um das große Leichtbaupotenzial hochfester Stähle voll auszuschöpfen, können die Projektergebnisse über die Windenergiebranche hinaus branchenweite Bedeutung erlangen.
Das Projekt, in das auch das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) und die Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V. (DVS) eingebunden sind, wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen eines Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) gefördert. (pms)
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