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Schweißen Schweißverfahren: Windräder achtmal schneller produzieren

Quelle: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) 2 min Lesedauer

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Wissenschaftler von WeldNova, einer Ausgründung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), hat ein Schweißverfahren für Windräder entwickelt, mit dem sich die Produktionsgeschwindigkeit von Windgiganten um das Achtfache steigern lässt.

Mithilfe von Elektromagneten will eine Ausgründung der BAM die Schweißzeit von Windtürmen von 96 auf 12 Stunden reduzieren.(Bild: Bundesanstalt für Materialforschung u.-prüfung (BAM))
Mithilfe von Elektromagneten will eine Ausgründung der BAM die Schweißzeit von Windtürmen von 96 auf 12 Stunden reduzieren.
(Bild: Bundesanstalt für Materialforschung u.-prüfung (BAM))

Der Bau von Stahltürmen für Windenergieanlagen stellt die Industrie vor erhebliche Herausforderungen: Allein die Schweißnähte an modernen Windtürmen addieren sich auf eine Länge von ca. 700 Metern und erfordern eine Arbeitszeit von fast 100 Stunden. Dadurch ist die Produktionskapazität der deutschen Werke auf etwa 520 Stahltürme pro Jahr begrenzt – die Hälfte dessen, was die Ausbauziele der Bundesregierung vorsehen.

Aktuell werden Windtürme mit dem Unterpulverschweißverfahren gefügt. Um die Bauteildicken von 25 mm fügen zu können, werden viele Lagen benötigt. Dies führt nicht nur zu sehr hohem Materialverbrauch (Zusatzwerkstoff, Pulver), sondern auch zu hohem Energieeintrag. Insgesamt werden Windtürme mit sehr hohem zeitlichen Aufwand und finanziellen Kosten hergestellt.

So funktioniert das Magnetsystem

(Bildquelle: WeldNova)

Das Schweißen von dickwandigen Bauteilen in Wannenlage (PA-Position) ist aufgrund des erhöhten hydrostatischen Drucks und der daraus resultierenden Tropfenbildung an der Wurzelseite schwierig durchzuführen. Wenn die Oberflächenspannung den hydrostatischen Druck nicht mehr ausgleichen kann, kommt es zum Austropfen der Schmelze. Um dies zu verhindern, wird häufig eine Schmelzbadstütze eingesetzt. Herkömmliche Badstützen beispielsweise aus Keramik erfordern jedoch eine zeitaufwendige mechanische Entfernung.

Die kontaktlose magnetische Schmelzbadstütze wirkt dem gravitationsbedingten Austropfen der Schmelze entgegen und kompensiert den hydrostatischen Druck, sodass völlig neue Möglichkeiten beim Einsatz von Hochleistungsschweißprozessen entstehen. Die Wirkweite des Magnetfeldes ist groß, sodass auch geringe Positioniergenauigkeiten das Ergebnis der Schweißnaht nicht einschränken.

Eine Ausgründung aus dem Kompetenzzentrum Wind@BAM der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung hat jetzt eine smarte Lösung für das Problem gefunden: Die Wissenschaftler von WeldNova haben ein Elektromagnetsystem entwickelt, das den Schweißprozess begleitet und den Einsatz des effizienteren Laserhybridschweißverfahren ermöglicht. Damit ist das Schweißen von 25 mm dicken Bauteilen in lediglich einer einzigen Lage möglich. Zusätzlich ist eine höhere Schweißgeschwindigkeit realisierbar, sodass eine enorme Zeiteinsparung möglich ist. Die Schweißzeit reduziert sich auf knapp zwölf Stunden, dies entspricht einer Effizienzsteigerung um den Faktor 8. Gleichzeitig werden nur 900 statt wie bisher 4000 Kilowattstunden an Energie benötigt.Hierdurch wird nicht nur der Materialverbrauch eingespart, sondern auch der CO2-Ausstoß merklich reduziert. Nicht nur im Schweißprozess können Anwender Zeit sparen; eine Nahtvorbereitung ist nicht mehr notwendig. Selbst Bauteile, die mit einem Brennschnitt vorbereitet wurden können problemlos gefügt werden.

Schweißtechnologie auf Hannover Messe erleben

Das neue Verfahren soll der deutschen Windindustrie wichtige Wettbewerbsvorteile sichern und kann auch beim Bau von Wasserstoffpipelines, Flüssiggasbehältern oder Brücken angewandt werden. Auf der Hannover Messe 2024 hat die Fachöffentlichkeit erstmals die Möglichkeit, die Vorteile der neuen Schweißtechnologie anhand eines interaktiven Modells kennenzulernen.

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