Automatisierte Fertigung von Hohlprofilknoten für Jacket-Gründungsstrukturen - Darstellung der schweißtechnischen Prozesskette sowie Berücksichtigung der Prozessparameter beim Ermüdungsnachweis

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 der Windenergieanlagen vor wachsende Herausforderungen. Neben dem Gründungskonzept mittels XL-Monopiles rückt auch die Jacketgründung wegen der Kombination aus dem vergleichsweise geringen Materialverbrauch bei gleichzeitig hoher Steifigkeit in den Fokus. Der Fertigungsaufwand der Jackets ist verglichen mit Monopiles groß, kann jedoch durch die Kombination aus Standardrohren mit automatisiert gefertigten Jacketknoten reduziert werden. Vor diesem Hintergrund befasst sich dieser Beitrag mit der Prozesskette der automatisierten Fertigung von Hohlprofilknoten inklusive der Digitalisierung relevanter Fertigungsparameter sowie der optischen Erfassung der Schweißnahtgeometrie durch einen Linienlaser. Des Weiteren wird eine Methodik zur Analyse der gescannten Schweißnahtgeometrie anhand von drei Referenzstellen eines X-Knotens vorgestellt, mit der sowohl die Kerbradien als auch die Nahtanstiegswinkel bestimmt werden können. Abschließend werden die Geometrieparameter beim Ermüdungsnachweis nach dem Kerbspannungskonzept berücksichtigt und ihr Einfluss durch einen Vergleich mit dem Strukturspannungskonzept auf Basis äquivalenter Spannungskonzentrationsfaktoren quantifiziert.

Automated manufacturing of tubular joints for jacket support structures - Description of the welding process chain as well as integration of the process parameters within the fatigue design.
The development within the offshore wind energy sector towards more powerful turbines combined with increasing water depth for new wind parks is challenging both, the designer as well as the manufacturer of support structures. Besides XL-monopiles the jacket support structure is a reasonable alternative due to the high rigidity combined with low material consumption. However, the effort for manufacturing of the hollow section joints reduces the economic potential of jacket structures significantly. Therefore, a changeover from an individual towards a serial production based on automated manufactured tubular joints combined with standardized pipes has to be achieved. Hence, this paper addresses the welding process chain of automated manufactured tubular joints including digitization of the relevant manufacturing parameters such as laser scanning of the weld seam geometry. Additionally a methodology for the computation of the notch radius as well as the weld seam angle is presented based on the scanned profiles of three analysis points of an automated manufactured tubular X-joint. Subsequently, these parameters are considered within the notch stress approach based fatigue design and their impact is quantified by a comparison with the structural stress approach using equivalent stress concentration factors.