Beschreibung
P 1178 – Quantifizierung der Einflüsse aus Fertigungsautomatisierung und Innenschweißen auf die Ermüdungsfestigkeit von Hohlprofilknoten für Offshore-Windenergieanlagen
Die Entwicklung in der Offshore-Windenergie hin zu größeren, leistungsstärkeren Anlagentypen sowie die zeitgleich zunehmenden Wassertiefen der projektierten Windparks stellt u. a. Designer und Fertiger der Gründungsstrukturen von Windenergieanlagen vor wachsende Herausforderungen. Neben dem Gründungskonzept der XLMonopiles rückt wegen der Kombination aus dem vergleichsweise geringen Materialverbrauch bei gleichzeitig hoher Steifigkeit, auch die Jacketgründung in den Fokus. Der Fertigungsaufwand der Jackets ist verglichen mit Monopiles groß; kann jedoch durch die Nutzung von Standardrohren mit automatisiert gefertigten Jacketknoten reduziert werden.
Vor diesem Hintergrund beschreibt der vorliegende Forschungsbericht den Fertigungsprozess zum automatisierten Schweißen von X-förmigen Hohlprofilknoten für Jacket-Gründungsstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen. Ein weiteres wesentliches Ziel dieses Vorhabens war die konsequente Digitalisierung der schweißtechnischen Fertigungskette während der automatisierten Schweißung der X-Knoten. Die so gespeicherten Prozessparameter können zum einen als Grundlage einer Qualitätskontrolle dienen, zum anderen ermöglichen sie eine vollständige Nachverfolgbarkeit der automatisiert gefertigten Rohrknoten.
Der zweite maßgebend in diesem Bericht behandelte Aspekt umfasst die Quantifizierung der Einflüsse aus Fertigungsautomatisierung und Innenschweißen auf die Ermüdungsfestigkeit der Hohlprofilknoten auf Basis serieller Ermüdungsversuche. Dazu wurden im Projekt zwei Serien mit jeweils 16 Schwingversuchen an ein- und doppelseitig automatisiert geschweißten X-Knoten durchgeführt und entsprechende Strukturspannungswöhlerlinien für die automatisiert gefertigten X-Knoten bestimmt.
Die Ergebnisse dieser Ermüdungsversuche werden abschließend in numerischen Untersuchungen auf Basis der Strukturspannungs- und des Kerbspannungskonzeptes gegenübergestellt, um die Prognosefähigkeit beider Konzepte für die ermüdungskritischen Bereiche des X-Knotens bewerten zu können. Durch die im Forschungsvorhaben durchgeführten schweißtechnischen, experimentellen und numerischen Analysen konnte das Potential automatisiert gefertigter Rohrknoten hinsichtlich Reproduzierbarkeit und Ermüdungsverhalten quantifiziert werden. Zusätzlich konnte der Einfluss der inneren Schweißnaht auf die Ermüdungsfestigkeit bewertet werden.
Veröffentlichung:
Mai 2020
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. P. Schaumann, M.Sc. K. Schürmann, Prof. Dr.-Ing. M. Rethmeier, Dr.-Ing. A. Pittner
