Optimierte Bemessung zyklisch beanspruchter Ringflanschverbindungen in WEA-Tragstrukturen unter Berücksichtigung nachhaltiger Aspekte

Verbunden mit dem Größenwachstum moderner Windkraftenergieanlagen (WEA) an Land und auf See stößt die Nachweismethodik nach dem Verfahren SCHMIDT/NEUPER für den Ermüdungsnachweis der Ringflanschverbindung hinsichtlich einer sicheren Bemessung des Schraubenbolzens zunehmend an die Grenzen der Anwendbarkeit. Mit der Entwicklung leistungsfähiger FE-Modelle werden zunehmend Analysen für beliebige Flanschkonfigurationen unter Berücksichtigung charakteristischer Flanschklaffungsimperfektionen durchgeführt, die die wirkenden Normal- und Biegebeanspruchungen in der vorgespannten Schraubenverbindung liefern. Werden beim Ermüdungsnachweis gegen die Schwingfestigkeit der Schraube unter reinem Zug die vorherrschen Normal- und Biegespannungen einwirkungsseitig voll berücksichtigt, ergeben aktuelle Erkenntnisse Reserven, die bislang beim Ermüdungsnachweis nicht genutzt werden. 
Der Nachweis auf Basis der wirkenden Normalkräfte in den exzentrisch belasteten Schraubenverbindungen gegen eine Kerbfallklasse, die widerstandsseitig Biegeeinflüsse enthält, kann nicht allgemein bzw. nur in gewissen Grenzen geführt werden. Neben den klassischen Konstruktionsdetails, wie z. B. Schraube, Rund-, Längsnähte- sowie Kehlnähte zur Befestigung von Einbauten an sogenannten Schweißbuchsen, gibt es weitere Konstruktionsdetails, die nach bestehenden Regelwerken nicht oder nur sehr konservativ ausgelegt werden können. Dabei handelt es sich um Ringflansche aus Baustahl (S355N), die nach der Herstellung in der Regel normalisiert werden. Für den Flanschradius ist in den bestehenden Regelwerken unter Beachtung geometrischer Randbedingungen der Nachweis der Ermüdungsfestigkeit nicht gefordert. Auch an dieser Stelle greift das Größenwachstum moderner WEA, sodass zusehends auch für dieses Konstruktionsdetail ein Nachweis gefordert wird und mit dem bestehenden Stand der Technik nicht oder nur sehr konservativ erbracht werden kann.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen das Ermüdungsverhalten der beiden Konstruktionsdetails (exzentrisch belastete Schraubenverbindung und Flanschradius) untersucht werden. Des Weiteren wird eine umfassende Charakterisierung der verwendeten Werkstoffe vorgenommen. Auf Basis dieser Untersuchungen ist ein Bemessungsansatz für die Konstruktionsdetails im Sinne einer Erweiterung der bestehenden Regelwerke (Eurocode 3, IEC 61400-6) zu erarbeiten