Korrektur von Rohrschweißungen zur Vermeidung von Kabelschäden
Durch die Weiterentwicklung der Energieinfrastruktur gewinnt der Übergang zu einer kohlenstofffreien Zukunft immer mehr an Tempo. Eine zentrale Rolle kommt gegenüber der Verwendung fossiler Energieträger dem Ausbau Erneuerbarer Energien zu. Erneuerbare stehen nahezu unerschöpflich zur Verfügung. Deren Gewinnung verursacht weit weniger bzw. keine klimaschädlichen Treibhausgasemissionen. Die Erde bietet ein erhebliches Potenzial zur Erzeugung Erneuerbarer Energie, z.B. mithilfe von Sonne, Wasser und Wind.
Bei der Windenergie werden Luftströmungen in elektrische Energie umgewandelt. Das geschieht mittels einer Windkraftanlage. Einem rohrförmigen Turm, an dessen Spitze ein dreiblättriges Windrad montiert ist. Das Windrad nutzt die Luftströmung dazu, einen Generator anzutreiben. Erstmals belegt ist die Errichtung einer Windkraftanlage aus dem Jahre 1883 anlässlich einer Elektrizitätsausstellung im österreichischen Wien. Hatte seinerzeit die Anlage mit einem Windrad von knapp 7 Metern Durchmesser noch eine bescheidene Effizienz von wenigen Kilowatt, besitzt die aktuell größte Anlage einen Durchmesser von „unfassbaren“ 260 Metern und eine Leistung von 16 Megawatt - Tendenz steigend.
Rückenwind für den Energiewechsel
Um die streng koordinierte, reihenweise Inbetriebnahme der mehr als 60 Windkraftanlagen eines Offshore-Windparks vor der Küste im Nordwesten Frankreichs nicht zu gefährden, wandte sich der Windparkbetreiber an INSPECTOR SYSTEMS. Der Grund dafür bestand in der uneinheitlichen Qualität der Schweißnahtverbindungen innerhalb spezieller Offshore-Kabelrohre. Deren Korrektur wurde erforderlich, damit die Verbindungskabel beim Durchziehen nicht durch scharfe Kanten beschädigt werden können. INSPECTOR SYSTEMS verfügt mit gleichartigen Projekten aus der Vergangenheit über viel Erfahrung.
Die einzelnen Fundamente der Windkraftanlagen bestehen aus einer dreieckigen Konstruktion aus Stahlrohren, dem sogenannten Jacket-Typ, deren oberes Ende nach der Installation aus dem Meer herausragt. An jedem Fundament sind je nach Ausführung und Verwendung ein bis drei Offshore-Kabelrohre integriert – entsprechend Jacket-Rohr, bzw. J-Tube genannt. Durch diese wird das Kabelnetz der Windkraftanlagen mit dem ebenfalls im Offshore-Windpark befindlichen Umspannwerk verbunden, bevor von dort aus die Einspeisung der erzeugten Energie durch ein Unterwasserkabel in das Landstromnetz erfolgt. Da jedes J-Tube aus zusammengeschweißten Rohrstücken besteht und somit auf einer Gesamtlänge von 60 bis 70 Metern bis zu neun Schweißnähte enthalten kann, besteht an jeder Schweißnaht eine potenzielle Gefahr der Kabelbeschädigung beim Einziehen. D.h., ein einzelner Wurzelüberhang oder eine scharfe Kante kann den Ausfall einer kompletten Windkraftanlage mit anschließend hohem Reparaturaufwand bedeuten.
Kombiroboter für Schleifen-, Laservermessung- und visueller Prüfung im Einsatz
Die kundenseitige Vorgabe war, dass jede Schweißnaht keinen Überhang von mehr als zwei Millimetern und keine scharfe Kante beinhalten durfte. Schweißnähte, welche dem nicht entsprachen, mussten dahingehend korrigiert werden, bis die Vorgabe erfüllt war. Da über ein Drittel der insgesamt mehr als 60 Fundamente (Jackets) schon installiert waren, fanden die Korrektur- und Prüfungsarbeiten zuerst auf hoher See und anschließend am landseitigen Produktionsstandort statt. Zum Einsatz kam ein Kombi-Roboter für Rohrdurchmesser 12 bis 20 Zoll von INSPECTOR SYSTEMS, dessen Schleifeinheit zusätzlich zur visuellen Kamera mit einem Laservermessungssystem ausgestattet auf einer 360°-Rotationseinheit sitzt.
Die Zusammenfassung unterschiedlicher Arbeitsgänge in nur einem Roboter steigerte die Effizienz des gesamten Arbeitsprozesses. Zwei Antriebseinheiten mit ihren pneumatisch ausfahrbaren Radträgern waren hierbei für die Verklemmung und Stabilisierung des gesamten Roboters im Rohr verantwortlich. Dies ermöglichte, trotz rauer Meeresumgebung und nasser Rohroberflächen, jede einzelne Schweißnaht in der Vertikalen zu erreichen, wobei die Entlegenste sich in ca. 70 Metern Entfernung befand. Das zusätzliche Spannsystem der Schleifeinheit sorgte für eine sichere und stabile Positionierung während des Arbeitsprozesses.
Nach dem Erreichen der Schweißnaht, wurde diese auf besonders schädigende Kanten visuell inspiziert. Zudem ermittelte das Laservermessungssystem den höchsten Punkt der Schweißnaht im 360°-Umfang. Je nach Ergebnis wurde anschließend die Schweißnahtverbindung bearbeitet. Diesen Vorgang übernahm die Schleifeinheit und deren Hauptkomponente, ein Schleifmotor mit variabler Drehzahlregelung. Durch das zusätzliche axiale und radiale Hub-System konnte die adaptierte Schleifscheibe mit einer Genauigkeit im Zehntelmillimeterbereich jede Stelle der Schweißnaht in der Breite und in der Höhe bearbeiten, bis scharfkantige Stellen entfernt und der Wurzelüberhang rundum unter 2 mm war. Die Verifizierung erfolgte wiederum durch die visuelle Kamera und das Laservermessungssystem und wurde dokumentiert.
Annähernd 80% der ca. 1.000 Schweißnähte erforderten eine Behandlung. Logistisch eine besondere Herausforderung, die gemeinsam mit einer Partnerfirma zur vollsten Zufriedenheit des Kunden erfüllt wurde.