Offshore-Windkraft: Flanschverbindungen für Turmfundamente

08.06.2022 – Offshore-Windkraftanlagen, die in rauen Umgebungen in Betrieb gehen, werden hinsichtlich ihrer baulichen Maße immer höher. Das stellt technische Herausforderungen an die größer dimensionierten Flanschverbindungen, mit denen die Türme der Windkraftanlagen durch Bolzen mit ihren Fundamenten verbunden sind. Damit sich diese Bolzen nicht lösen – ein Problem, das laut CNC Onsite oft mit erheblichen Reparaturkosten und Ausfallzeiten verbunden sei – müssten die Verbindungsflanschen auf den Millimeter genau geplant werden.

Das dänische Unternehmen CNC Onsite entwickelt und liefert mobile Werkzeugmaschinen für Windkraftanlagen. Die neue Maschine für Flanschbearbeitung mit der Bezeichnung „Goliath“ soll Flanschflächen von Turmfundamenten, Monopiles und Übergangsstücke mit einem Durchmesser von bis zu 10 Metern mit einer Genauigkeit von zwei Millimetern fräsen können. Das neue Präzisionswerkzeug soll im Herbst 2022 auf den Markt kommen.

Die Flansch-Verbindungen innerhalb der Windkraftanlagen-Struktur stellen CNC Onsite zufolge eine Herausforderung bei der Montage dar, da sie Paare von zusammenpassenden Flächen erfordern, die mit Bolzen zusammengeschraubt werden. Nachdem der Hersteller den Flansch in die Struktur geschweißt hat – ein Prozess, bei dem sich der Flansch oft verziehe – wurden die Oberflächen bislang manuell korrigiert, um eine annähernd ebene Fläche zu erreichen. Goliath erreicht jedoch feinste Toleranzen als Teil des Produktionsprozesses nach dem Schweißen, indem die Flansche gefräst, geschliffen und genutet werden, um Flächen mit der erforderlichen strukturellen Oberfläche zu schaffen.

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Übergangs- und Flanschfräsen für eine Windkraftanlage. Foto: CNC Onsite A/S

Präzisions-Flanschfräsen im Herstellungsprozess integrieren

Da die stetig wachsenden Windkraftanlagen die Anforderungen im Offshore-Bereich erhöhen, integriert die Windenergiebranche neue Technologien ihrer Zulieferer, z.B. von Bladt Industries, in ihre Herstellungsprozesse. Das dänische Stahlunternehmen liefert Fundamente und Übergangsstücke für Windkraftanlagen.

CNC Onsite hat nach eigenen Angaben seine langjährige Erfahrung in der Entwicklung und im Betrieb von Flanschfräsmaschinen in Goliath eingebracht und das Gerät präziser als die vorherigen Maschinen gemacht. „Das Erzielen einer Passgenauigkeit der Flächen von ein paar Millimetern bei einem Flansch mit vier bis fünf Metern Durchmesser kann schwierig genug sein, aber das gleiche Ergebnis bei den heutigen Flanschen mit mehr als acht Metern zu erzielen, ist mit früheren Methoden einfach nicht möglich“, erklärt Søren Kellenberger, Vertriebsleiter bei CNC Onsite.

Fehlende Passgenauigkeit der Flansche und Ermüdung können Bolzen beeinträchtigen

Das Erzielen der bestmöglichen Passung zwischen dem Flansch des Windkraftanlagenturms und seinem Fundament während des Herstellungsprozesses reduziert die Notwendigkeit eines routinemäßigen Nachziehens und der damit verbundenen Ausfallzeiten, was auch zu einer längeren Lebensdauer der Windkraftanlage führen kann.

„Weil falsche Bolzenspannung so problematisch ist, strebt die Industrie seit langem nach wartungsfreien Bolzenverbindungen, die zwei Kriterien erfordern: Ausreichend ebene Flansche und korrekt angezogene Bolzen“, erklärt Kellenberger und führt aus: „Heute stehen den Herstellern von Windkraftanlagen zuverlässige Methoden zum Anziehen von Bolzen zur Verfügung. Wenn die Flansche jedoch schief stehen, können die Bolzen dennoch ermüden, sogar brechen, was möglicherweise zu einem vollständigen Zusammenbruch der Windkraftanlage führen kann.“

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Windturbine mit Ansicht des offenen Flansches und der Lage der Flansche. Grafik: CNC Onsite A/S

Mit Goliath soll ein Werkzeug bereitstehen, das eine präzise Flansch-Oberfläche liefert und die zusammen mit der korrekten Bolzenspannung dazu beiträgt, die Integrität der Strukturen zu sichern und somit die Wartungskosten zu senken. Mehr als 8.000 Euro pro Tag kann laut CNC Onsite eine stillstehende Offshore-Windkraftanlage kosten, dazu kommen Transport- und Arbeitskosten. Die Wartung über die Lebensdauer einer Windenergieanlage kann bis zu einem Viertel aller Kosten ausmachen, so der dänische Hersteller.

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Goliath arbeitet mit vorprogrammierten Parametern. Foto: CNC Onsite A/S

Flanschfräslösungen für alle Windkraftanlagentürme

„Goliath arbeitet automatisch mit vorprogrammierten Parametern. Er arbeitet sowohl horizontal als auch vertikal und kann Merkmale an großen Flanschen wie doppelt geneigte Flansche und Anforderungen an die Parallelität der Flanschflächen bewältigen“, sagt Kellenberger.

Das Werkzeug kann laut CNC Onsite einige Schritte gleichzeitig ausführen, um Zeit zu sparen. „Goliath kann die vielen neuen komplexen Flanschdesigns bewältigen und ist damit wahrscheinlich das fortschrittlichste und präziseste Flanschfräswerkzeug auf dem Markt“, schließt der Vertriebsleiter ab. (ds)

www.cnconsite.dk

 

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