Dr. Jan Schubnell, Projektleiter: Schweißnähte digital vermessen spart 360.000 Tonnen Stahl

Dr. Jan Schubnell leitet ein Forschungsprojekt, das Schweißnähte digital vermessen lässt, um tragende Stahlkonstruktionen künftig genauer zu berechnen. Bislang gehen Regelwerke pauschal von der ungünstigsten zulässigen Geometrie einer Schweißnaht aus. Dadurch werden Bauteile wie Offshore-Windtürme, Drehkrane oder Baggerarme systematisch überdimensioniert, weil die tatsächliche Qualität der Nähte nicht objektiv erfasst wird.

Die Idee

Der Kern des Projekts: Jede Schweißnaht soll nicht mehr nach einem pauschalen Worst-Case-Wert beurteilt werden, sondern nach ihrer tatsächlichen Geometrie. Das erlaubt eine genauere Berechnung der Materialstärke, ohne die Sicherheit der Konstruktion zu gefährden.

Wie das Verfahren funktioniert

Das Verfahren erfasst jede Schweißnaht mit einem 3D-Scan in einer Auflösung von bis zu fünf Mikrometern. Anschließend bewerten neuronale Netze die Geometrie der Naht individuell statt pauschal.

Schubnell begründet den Ansatz damit, dass sich durch hochauflösende 3D-Scans und künstliche Intelligenz die geometrische Individualität jeder Schweißnaht erstmals objektiv erfassen und bewerten lässt. Erprobt wurde die Methode an ungefähr 400 Testbauteilen und zusätzlich an realen Strukturen, darunter Rohrknoten und Auslegerarme von Kranen.

Was die Zahlen zeigen

Mit der optimierten Nahtbewertung lassen sich Blechdicken in Stahlkonstruktionen um bis zu 40 % reduzieren, was einer Halbierung der Schweißzeit entspricht. Durch das Verfahren lässt sich die Bauteilnaht von der Kerbfallklasse FAT90 auf einen Wert von bis zu FAT140 hochstufen.

An einer 10-Megawatt-Offshore-Anlage, die etwa 600 Tonnen wiegt, würde dies eine Stahlersparnis von ungefähr 180 Tonnen ermöglichen. Legt man den für 2030 vorgesehenen Zubau der Offshore-Windkraft auf 30 Gigawatt zugrunde, ließen sich dadurch bis zu 360.000 Tonnen Stahl einsparen.

Branchenweites Potenzial

Über den Windkraftsektor hinaus könnte das Verfahren branchenweit mehrere 100.000 Tonnen Stahl einsparen. Das entspricht einem Einsparpotenzial von mehreren Millionen Tonnen Kohlendioxid. Gefördert wurde das Vorhaben im 7. Energieforschungsprogramm durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Der nächste Schritt

Aktuell bemühen sich die beteiligten Partner darum, über ihre Mitwirkung in einschlägigen Fachgremien Eingang für die Resultate in die geltenden Regelwerke des Stahlbaus zu finden.