„Große Stahlbauten – mit thermischem Spritzverzinken optimal vor Korrosion geschützt“

Offshore-Windanlagen erfordern einen Korrosionsschutz, der extremen Witterungsbedingungen und hohen mechanischen Belastungen trotzt. Thermisches Spritzen mit Zink-Aluminium-Werkstoffen stellt hier einen wirkungsvollen, kostengünstigen Schutz sicher. Die Automatisierung der thermischen Spritzverzinkung sorgt dafür, dass bei sinkenden Kosten eine steigende Qualität und engere Toleranzen der Schichtdicke erzielt werden.

(Düsseldorf, 20.07.2017)
Die Grundlagen der Stahlarchitektur reichen zurück bis in die Mitte des 19. Jahrhunderts, als die ersten Eisenbrücken entstanden. Die Konstruktionen revolutionierten die Bautechnik, der Stahlbau war eine der ersten Hightech-Branchen – diese Innovationskraft ist bis heute ungebrochen. In den meisten seiner Anwendungen muss Stahl vor Korrosion geschützt werden, um seine Funktionsfähigkeit über einen langen Zeitraum auf nachhaltige Weise zu erhalten. Sowohl bei Neubauten als auch im Sanierungsfall werden vor allem große Bauteile durch eine Zinkschicht, die durch thermisches Spritzen aufgebracht wird, über die gesamte Lebensdauer des Bauwerks nachhaltig vor Korrosion geschützt. Dieses Verfahren kann auch vor Ort an Bauteilen angewendet werden, die neu oder seit Langem verbaut sind.

„Schauen wir uns Windräder an: Grundsätzlich soll die Anlage so konstruiert sein, dass sie über eine Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren möglichst wartungsfrei zu betreiben ist. Oder nehmen wir Brücken als weiteres Beispiel: Sie sind auf 100 Jahre Haltbarkeit ausgelegt. Hier kommt es auf zuverlässige Korrosionsschutzsysteme an, die eine wirtschaftliche Nutzung ermöglichen“, erklärt Dr. Frank Prenger, Leiter Forschung und Entwicklung bei der Duisburger Grillo-Werke AG. Torsten Scholz, Leiter des Geschäftsfelds Draht bei Grillo, ergänzt: „Alle Stahlkonstruktionen, die für eine lange Lebensdauer geplant sind, oder bestehende Bauwerke, die dauerhaft konserviert werden sollen, können durch die Spritzverzinkung geschützt werden. Das erspart hohe Aufwendungen für Wartungsarbeiten und die damit verbundenen Folgekosten.“

Das Verfahren des thermischen Spritzens mit Drahtwerkstoffen funktioniert seit seiner Erfindung Anfang des vorigen Jahrtausends grundsätzlich nach dem gleichen Prinzip: Ein Zinkdraht wird mittels Flamme oder im Lichtbogen aufgeschmolzen und einer Spritzpistole zugeführt. Die geschmolzenen Partikel werden dann durch einen Druckluftstrahl gezielt auf die zu schützende Oberfläche aufgebracht. Durch den direkten Kontakt mit der Zinkschicht wird der Stahl sowohl passiv als auch aktiv mittels des kathodischen Korrosionsschutzes geschützt. Dabei schützt das Zink auch Bereiche, in denen die Beschichtung schadhaft ist, beziehungsweise die Randbereiche der Spritzschicht.

Die thermisch gespritzte Zinkschicht ist aufgrund ihrer Rauhheit ein idealer Untergrund für eine Farbbeschichtung, die unmittelbar nach der Verzinkung ohne weitere Zwischenbearbeitung erfolgen kann. Die Schutzdauer dieses Duplexsystems ist dann deutlich länger als die Summe der jeweiligen Einzelschutzdauern von Spritzverzinkung und Beschichtung. „Das thermische Spritzen kann manuell und automatisiert ausgeführt werden. Zunehmend ist allerdings ein Trend zur Automatisierung zu beobachten“, so Frank Prenger, „das liegt vor allem daran, dass große Serienbauteile wie Windräder oder Gussrohre vor Korrosion geschützt werden sollen. Die Automatisierung sorgt hier dafür, dass bei sinkenden Kosten eine steigende Qualität und engere Toleranzen der Schichtdicke erzielt werden.“

Grundlage für die Planung eines Korrosionsschutzes und die Durchführung von Korrosionsschutzmaßnahmen bildet eine umfangreiche Richtliniensammlung, die aus DIN-Normen und ergänzenden Regelwerken besteht. Für die Spritzverzinkung gilt die weltweit gültige DIN EN ISO 2063, die im Herbst 2017 in einer inhaltlich deutlich überarbeiteten Version erscheint. Sie wird nicht nur detaillierter auf geeignete Materialien für verschiedene Einsatzbedingungen eingehen, sondern auch mehr Angaben zur Ausführung des thermischen Spritzens und Vorgaben für die Ausbildung des Personals enthalten. „Damit ist sie ein guter Leitfaden für Anwender, um einen optimalen, kostengünstigen Langzeitkorrosionsschutz zu erreichen“, so Frank Prenger.

Ein Schritt in die richtige Richtung, meint auch Hendrik Häuser, Geschäftsführer der Häuser & Co. GmbH, die seit langer Zeit im Bereich des thermischen Spritzens tätig ist: „Historisch bedingt hat das thermische Spritzen in Deutschland ein Dornröschendasein geführt. Erst in den vergangenen 20 bis 25 Jahren hat sich das Verfahren mehr und mehr etabliert – was mit Blick auf die Einsatzbereiche und die hohe Wirtschaftlichkeit nicht erstaunlich ist. Die Überarbeitung der Norm bewirkt sicher auch ein Umdenken oder Umsteuern in den Unternehmen – weg vom reinen Beschichten mit Farbe, hin zu Duplexsystemen von Spritzverzinkungen und Beschichtungen.“

Potenziale für die Weiterentwicklung des Spritzverzinkens gibt es dennoch, sie bilden den Hintergrund zahlreicher Forschungsprojekte. Beispielhaft sind hier die öffentlich geförderten Projekte „Kokon 1“ und „Kokon 2“. Ersteres soll Ende 2017 abgeschlossen sein. Das Ziel war, Offshore-Windanlagen hinsichtlich der Materialauswahl für Außenflächenbeschichtungen in Bezug auf Kosten und Qualität zu optimieren. Torsten Scholz: „Die Erzeugung von Strom durch Offshore-Windenergieanlagen etabliert sich aktuell als umweltfreundliches und nachhaltiges Verfahren. Das erfordert allerdings eine Anlagentechnik, die extremen Witterungsbedingungen und hohen mechanischen Belastungen trotzt. Deshalb spielt der Korrosionsschutz eine wichtige Rolle, soll die aggressive Umgebung nicht Wartungskosten und Ausfallzeiten in die Höhe treiben. Thermisches Spritzen mit Zink-Aluminium-Werkstoffen stellt hier einen wirkungsvollen, kostengünstigen Schutz sicher. Aus diesem Grund werden seit 1991 nahezu alle Türme von Offshore-Windenergieanlagen mit diesem Werkstoff gespritzt.“ Das Anschlussprojekt „Kokon 2“ ist auf drei Jahre angelegt und wird sich neben dem Korrosionsschutz auch mit den Reibwerten von Spritzschichten bei Flanschverbindungen, wie sie sowohl in den Verbindungen von Windkraftbauteilen, aber auch im Anlagen- und Maschinenbau eingesetzt werden, beschäftigen.

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