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Die Betriebsbeanspruchung von Schrauben in Ringflanschverbindungen zur Verbindung von Tragstruktursektionen von Windenergieanlagen wird maßgeblich durch die vorhandene Pressung in der Flanschkontaktfuge beeinflusst, welche durch die eingebrachte Schraubenvorspannkraft erzielt wird. Unter den vorliegenden Belastungen im laufenden Betrieb der Anlage besteht die Möglichkeit, dass durch Plastifizierung im Flansch oder in der Schraube Vorspannkraft verloren geht. In diesem Beitrag wird anhand eines praxisnahen Beispiels gezeigt, ob und – wenn ja – in welcher Größenordnung Vorspannkraftverluste zu erwarten sind und durch welche Einflussfaktoren diese maßgeblich bestimmt werden. Hierzu werden verschiedene Last‐ und Vorspannkraftniveaus sowie unterschiedliche Imperfektionen in Form von Parallelklaffungen untersucht. Auf Basis der durchgeführten numerischen Untersuchungen kann festgehalten werden, dass Vorspannkraftverluste nur in geringer Höhe auftreten und eine hohe Vorspannkraft sich stets positiv auswirkt, auch wenn sich dadurch erste Plastifizierungseffekte schon auf einem niedrigeren Lastniveau einstellen.

Stahlrohrtürme von Windenergieanlagen sind schwingungsanfällige Tragstrukturen, welche infolge des Anlagenbetriebs wechselnden Beanspruchungen ausgesetzt sind. Dem Ermüdungsfestigkeitsnachweis für den Turm kommt daher eine große Bedeutung zu. Ein neuralgischer Punkt innerhalb der Turmstruktur sind in der Regel die Ringflanschverbindungen, welche die einzelnen Turmsektionen mittels vorgespannter Schrauben miteinander verbinden. In Bezug auf die Ermüdungsfestigkeit dieser Verbindung ist die Sicherstellung einer ausreichend hohen Schraubenvorspannung dabei entscheidend. Für eine realitätsnahe Vorhersage der verbleibenden Vorspannkraft in einer Flanschverbindung nach einer Überbeanspruchung ist eine präzise Erfassung des plastischen Verformungsverhaltens der Schraube‐Mutter‐Verbindung wichtig. In dem vorliegenden Beitrag wird ein numerischer Ansatz zur Vorhersage des Vorspannkraftverlusts von zentrisch und exzentrisch vorgespannten Schraubenverbindungen infolge von hohen Einzellasten vorgestellt, welcher durch Versuche verifiziert wird.

Die Ermüdungsfestigkeit von Stahlbauschrauben wird maßgeblich von Herstellungseinflüssen beeinflusst. In den Bemessungsgrundlagen werden diese Einflussfaktoren, abhängig vom jeweils herangezogenen Regelwerk, sehr uneinheitlich berücksichtigt. Insbesondere für Schrauben großer Durchmesser, wie sie z. B. bei Windenergieanlagen in hoher Stückzahl zum Einsatz kommen, war eine experimentelle Grundlage zur Bewertung verschiedener Einflüsse in der Vergangenheit nur sehr begrenzt verfügbar. In diesem Beitrag werden Ergebnisse von 20 verschiedenen, größtenteils in der jüngeren Vergangenheit durchgeführten Versuchsserien an drei unterschiedlichen hochfesten Schraubensystemen mit variierenden Herstellungsbedingungen vorgestellt und bewertet. Die Datenbasis streckt sich über einen Durchmesserbereich zwischen M12 und M64 und legt den Fokus auf Versuche mit hohem repräsentativem Mittelspannungsniveau. Die Ergebnisse werden unter Einbeziehung der in der Fachliteratur beschriebenen Erkenntnisse in Bezug auf unterschiedliche Herstellungseinflüsse bewertet und den Regelungen der relevanten internationalen normativen Bemessungsgrundlagen gegenübergestellt. Dabei werden zusätzlich zu den Ergebnissen von Schwingfestigkeitsversuchen ergänzende metallografische Untersuchungen zur Bruchflächengestalt sowie zum Rand‐ und Schutzschichtzustand herangezogen. Auf dieser Basis werden abschließend Handlungsempfehlungen abgeleitet und ein Ausblick auf weitere zielführende Untersuchungen gegeben.

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