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Heidi Möller
vor 6 Jahren
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1 Aufgrund der Überprüfung der Werkstoffkennwerte einer in den Jahren 1912 bis 1914 in Betrieb genommenen Druckrohrleitung eines Pumpspeicher-Wasserkraftwerks mußte der TÜV Bayern von einem weiteren Betrieb der Anlage abraten. Vom Betreiber der Anlage wurden

2 Werkstoff: Schmiedeeisen (Kesselfeuerblech), Siemens-Martin-Stahl

4 Sprengladung eingehängt. Um das Bauteil nicht sofort zu

5 werte, sie liegen bei 20 C zwischen 10 J/cm 2 und 17 J/cm 2 und bei 0 C zwischen 5,7 J/cm 2 und 7,0 J/cm 2. Die entstandenen Bruchflächen waren rein spröde und grobkristallin, ohne Verformungsanteile an den Bruchrändern, also ähnlich wie bei Grauguß. Aus dem Vergleich der Versuchswerte von DL 2 und DR 2 ergibt sich die Feststellung, daß die spröden Bereiche über dem Rohrurnfang lokal sehr stark begrenzt sind. Sie konzentrieren sich auf den Übergangsbereich zwischen Grundwerkstoff und Schweißnaht. Der Riß des Berstversuchs ist an einer derartigen Schwachstelle eingetreten. Aus den Schliffbildern des im Berstversuch DR 2 gebrochenen Werkstoffs waren im ungeätzten Zustand zahl- reiche feine unregelmäßig verteilte Mangansulfid-Einschlüsse erkennbar. In der Fortsetzung des Bindefehlers trat eine zonenförmige Mangansulfid-Anreicherung auf. Sie war im Baumann-Abdruck deutlich feststellbar. Der Grundwerkstoff wurde von unregelmäßig geformten Ferritkristallen, die zum Teil nadelige Struktur (ähnlich Widmannstättenschem Gefüge) aufwiesen, gebildet. Der Perlitanteil war sehr gering. Von der im Sprengversuch DL 2 spröd gebrochenen Bruchkante wurde ebenfalls eine kleine Werkstoffprobe zur Schliffherstellung entnommen. Die Gefügeausbildung war ähnlich wie bei DR 2, jedoch war der Perlitanteil noch geringer. Die Bruchkante verlief grobgezackt und scharfkantig, teilweise entlang der Verformungszwillinge, wie sie bei Schlag- oder Stoßbeanspruchung entstehen. Durch den gezackten Bruchverlauf und die fehlende Verformung war ein sprödes Werkstoffverhalten angezeigt. 6. Beurteilung Der Sprengversuch sowie die anschließend durchgeführ- ten mechanisch-technologischen Werkstoffuntersuchungen am Rohrabschnitt DL 2 hatten die Möglichkeit des Auftretens eines Sprödbruchs bei stoßartiger Innendruckbelastung der Druckrohrleitung des Pumpspeicherkraftwerks erneut bestätigt. Wie in den Werkstoffuntersuchungen gezeigt wurde, ist am Bauteil bei Absenkung der Temperatur von 20 C auf 0 C (niedrigste Betriebstemperatur der Rohrleitung) eine weitere Abnahme der Kerbschlagzähigkeit zu verzeichnen. Dies bedeutet, daß die Versuchsergebnisse eines bei 0 C durchgeführten Sprengversuchs noch ungünstiger ausgefallen wären. Die genannten Sicherheitsabstände gegen ein Versagen der Leitung im Sprengversuch sind somit noch kleiner anzusetzen. dest für den unteren Teil der Hangleitung vor dem Kraftwerkseinlauf. Entsprechend AD-Merkblatt B0 ist die ermittelte dreifache Sicherheit gegen Bruch, in der die vorher erwähnte Einschränkung aufgrund des Abfalls der Kerbschlagzähigkeit bei Temperatursenkungen von 20 C auf 0 C noch nicht berücksichtigt ist, für den horizontalen Teil der Dükerleitung nicht ausreichend, die Sprödbruchgefahr abzudecken. Die Angabe von Sicherheitsfaktoren war, abgesehen von dem erwähnten Temperatureinfluß, überhaupt sehr problematisch, da der Zustand der Leitung sehr unterschiedlich war und daher Versuche an zwei Proben noch keine umfassend repräsentativen Ergebnisse liefern konnten. Bei den niedriger beanspruchten, an den Berghängen verlaufenden Rohrabschnitten konnte nach vorausgegangener Erfassung ihres Zustands und danach entsprechend eingeleiteten Sanierungs-, Reparatur- und Prüfmaßnahmen bis zu dem Rohrleitungsbereich, dessen Innendruck kleiner als 6,4 bar ist, an eine Wiederinbetriebnahme gedacht werden. Der Wert 6,4 ist aus dem Diagramm in Bild 8 entnommen. Hier ist die Sicherheit gegen Rohrbruch in Abhängigkeit vom Rohrleitungsinnendruck bzw. der einachsig gerechneten Rohrleitungsumfangspannung dargestellt, wenn als Bezugswert der Meßwert der Meßstelle A im Sprengversuch DL 2, d.h. der Versagensdruck p = 29,3 bar gewählt wird. Bei dem entsprechend AD-Merkblatt B0 abgeschätzten Sicherheitsbeiwert von 4,5 ergab sich dann ein maximal zulässiger Betriebsdruck von 6,4 bar. Entsprechend der Versuchsführung im Sprengversuch ergab der im versprödeten Übergangsbereich der Schweißnaht zum Grundwerkstoff eingetretene Sprödbruch keine Splitterwirkung und die entstandene Gesamtrißlänge von 1110 mm lief in zähe Bereiche des Grundwerkstoffs aus. Die Versuchsauswertung ergab weiter, daß im Sprengversuch die Innendrucksteigerung in dem oben offenen Rohr aufgrund der Zündung der Sprengladung von 0 bar auf Berstdruck und Abfall auf 0 bar insgesamt nur 25 ms Aus den in den AD-Merkblättern B0 bzw. W3/2 [3] angegebenen Sicherheitsbeiwerten bzw. Werten für Dehngrenzen und Kerbschlagzähigkeit sowie den in den Werkstoffuntersuchungen gefundenen Werten ließ sich bei Einordnung des vorliegenden, weitgehend versprödeten Rohrwerkstoffs in die für Gußeisen mit Kugelgraphit bzw. für Grauguß gültigen Kategorien etwa ein unterer vertretbarer Sicherheitsbeiwert von 4,5 bei maximalem Betriebsdruck abschätzen. Da die Rohrleitung diesen Wert von 4,5 in den höchstbeanspruchten Bereichen nicht aufweist, konnte die Gefahr des Sprödbruchs nicht ausgeschlossen werden und es war somit eine Inbetriebnahme der Leitung im gegebenen Zustand und bei den augenblicklich vorhandenen Sicherheitsvorkehrungen nicht vertretbar. Da die Rohrleitung je nach ihrer geografischen Lage zum Kraftwerk verschiedene Innendruckhöhen aufweist, galt das zumin- dauerte, dann war das Bauteil wieder ohne Beanspruchung. In etwa der halben Zeit konnte sich der Riß über eine Länge von 1110 mm ausdehnen. Eine andere Beanspruchung liegt z. B. in spröden Bereichen der Hangleitung kurz vor dem Einlauf des Kraftwerks vor. Bei Eintreten eines Anrisses z.b. aufgrund eines Druckstoßes fällt der Innendruck nur um 20 % auf den Druck der statischen Wassersäule zwischen Wasserschloß und Kraftwerkseinlauf ab. Bei der entsprechend diesem Druck vorhandenen Rohr-

6 leitungsumfassungsspannung ist es wahrscheinlich, daß

9 Das obige Bild zeigt die Druckrohrleitung eines in den Jahren 1912 bis 1914 in Bayern in Betrieb genommenen Pumpspeicherwerks. Schon damals war die Frage der

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