Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Schwingfestigkeit an Schweißdetails in Stahlrohrtürmen für Windenergieanlagen

An Schwachwindstandorten ist ein wirtschaftlicher Betrieb von Windenergieanlagen (WEA) zumeist nur mit großen Rotordurchmessern und Nabenhöhen möglich. Große Nabenhöhen stellen große Herausforderungen an die Tragfähigkeit und Ermüdungsfestigkeit der Türme, die für den sicheren Betrieb der Anlage bestimmte statische und dynamische Eigenschaften erfüllen müssen. In Kombination mit steigenden Nennleistungen führt dies zu höheren Betriebslasten bei derartigen WEA. Für materialeffiziente Stahlrohrturmstrukturen sind daher erhöhte Anforderungen an die Schwingfestigkeit geschweißter Kerbdetails notwendig. Dieser Aufsatz befasst sich mit Untersuchungen zur Bewertung der Schwingfestigkeit eines typischen Konstruktionsdetails, der Schweißbuchse. Darüber hinaus werden alternative Konzepte mit dem Ziel der Schwingfestigkeitssteigerung vorgestellt und bewertet, welche einerseits auf die Reduktion des Wärmeeintrags und anderseits auf die Randschichtverfestigung setzen. Neben experimentellen Untersuchungen zum Blechdicken‐ und Mittelspannungseinfluss werden auf Basis der neu erschienenen Norm DIN 18088‐3 [1] die Möglichkeiten einer praxisnahen Anwendung von numerisch basierten Nachweiskonzepten zur Ermüdungsfestigkeit beleuchtet und den Versuchsergebnissen vergleichend gegenübergestellt.