Die Herausforderung Ermüdung und Korrosion auf See

Eine Offshore-Windenergieanlage sammelt über eine Nutzungsdauer von rund 25 Jahren Hunderte Millionen Lastwechsel aus Wind, Seegang, Rotordrehung sowie An- und Abfahrvorgängen. Hinzu kommt das Meerwasser, das Rissbildung und Risswachstum beschleunigt, sobald der Korrosionsschutz nachlässt. An geschweißten Konstruktionen entsteht der Ermüdungsriss fast immer am Nahtübergang, wo geometrische Kerbwirkung, Schweißmikrofehler und Zugeigenspannungen zusammentreffen.

Kritische Bereiche bei fest gegründeten Anlagen

• Verbindung Transition Piece / Monopile: hoch beanspruchte Rundnähte und Flansche
• Rund- und Längsnähte des Turms: Baustähle wie S355 bis S460
• Jacket-Knoten: K-, T- und X-Rohrknoten mit maximaler Spannungskonzentration
• Flansche und Übergangsanschlüsse: Bereiche mit hoher Mittelspannung

Schwimmende Windenergie: neue kritische Bereiche

Schwimmende Anlagen verändern das Problem grundlegend. Der Schwimmkörper ist eine schiffsähnliche Struktur, die ständig den Bewegungen aus dem Seegang, den über den Turm eingeleiteten Rotorlasten und den Rückstellkräften der Verankerung ausgesetzt ist. Jede der drei großen Schwimmkörperfamilien hat eigene Schwachstellen:

• Halbtaucher (Semi-Submersibles): Schweißknoten zwischen Mittelsäule und Außensäulen, Streben und Pontons, Heave-Platten; aktuelle Forschungsarbeiten zur Ermüdungszuverlässigkeit von Halbtauchern nennen gerade diese Rohrknoten als zentralen Schwachpunkt
• Bargen: Anschlüsse zwischen Rumpf und Turmfuß, Steifen und lokale Verstärkungen unter den Ankerpunkten
• Spannbeinplattformen (TLP): Tendon-Porches und -Konnektoren sowie Rundnähte der Tendons, die DNV-RP-C203 wegen ihrer hohen Mittelspannung ausdrücklich behandelt

Bei der Verankerung unterliegen Ketten und Seile eigenen Regelwerken; für HFMI relevant sind die geschweißten Strukturanschlüsse: Fundamente der Fairleads, Halterungen der Kettenstopper, Augenplatten (Padeyes) und Tendon-Beschläge. Diese Bereiche tragen erhebliche zyklische Lasten und liegen oft unter Wasser, sodass Prüfung und Reparatur ohne Einschleppen der Einheit in den Hafen schwierig sind. Eine Ermüdungsreserve bereits in der Fertigung zu schaffen, hat daher einen direkten wirtschaftlichen Wert.

Was IIW 2016 und DNV-RP-C203 sagen

Die IIW-Empfehlungen von 2016 (Marquis und Barsoum) regeln die HFMI-Behandlung von Nahtübergängen. Der Gewinn wird in zusätzlichen FAT-Klassen ausgedrückt und steigt mit der Streckgrenze des Stahls: etwa vier Klassen für Stähle von 235 bis 355 MPa, mehr für höherfeste Sorten. Mit zunehmendem Spannungsverhältnis R wird der anrechenbare Gewinn reduziert, die Maximalspannung ist begrenzt; die Wöhlerlinie des behandelten Details verläuft flacher (m = 5).

Die DNV-RP-C203 (Ermüdungsbemessung von Offshore-Stahlkonstruktionen, Ausgabe April 2016) behandelt das Hämmern (Hammer Peening), dessen mechanisierte Hochfrequenzvariante HFMI ist. Ihre Tabelle 7-1 nennt einen Faktor auf die Lebensdauer von 0,011·fy für Stähle mit einer Streckgrenze unter 350 MPa und 4,0 darüber; die maximal anrechenbare Wöhlerklasse ist je nach zerstörungsfreier Prüfung C1 oder C. Die RP setzt zudem klare Grenzen:

• Druck-Überlasten vermeiden, da sie die eingebrachten Eigenspannungen abbauen würden;
• das Verfahren nur an Bauteilen einsetzen, deren Versagen keine wesentlichen Folgen hätte;
• Ermüdungsversuche durchführen, wenn der Hersteller keine Erfahrung mit dem Verfahren hat, da die Wirkung von Werkzeug und Ausführung abhängt;
• die verbesserten Wöhlerlinien gelten an Luft und in Meerwasser mit kathodischem Schutz, nicht bei freier Korrosion;
• wegen der Ausführungsunsicherheiten rät die RP davon ab, diesen Gewinn in der allgemeinen Bemessung anzusetzen: Er dient häufig als Reserve, Verstärkung oder Reparaturmaßnahme.

In der Praxis wird die Anrechnung von HFMI mit der Zertifizierungsstelle auf Grundlage von IIW 2016, einer qualifizierten Verfahrensanweisung und lückenloser Rückverfolgbarkeit abgestimmt. Prüfen Sie stets die gültige Ausgabe der für Ihr Projekt maßgebenden Dokumente.

Schwimmende Windenergie in Frankreich

Frankreich ist in wenigen Jahren von Demonstratoren zu kommerziellen Projekten übergegangen. Im Mittelmeer erproben drei Pilotparks mit jeweils drei Anlagen unterschiedliche Konzepte: Provence Grand Large vor Port-Saint-Louis-du-Rhône (Spannbein-Schwimmkörper), 2025 in Betrieb genommen; EFGL vor Leucate und Le Barcarès (Halbtaucher, 3 × 10 MW), das im Mai 2026 erstmals Strom eingespeist hat; EolMed vor Gruissan (30 MW, Schwimmkörper vom Typ Barge), im Frühjahr 2026 in Betrieb genommen. Bei den Ausschreibungen wurde der erste kommerzielle schwimmende Park in der Südbretagne (AO5, rund 250 MW) 2024 vergeben, Ende 2024 folgten zwei schwimmende Parks mit je 250 MW im Mittelmeer (AO6, Golf von Fos und Narbonnaise). Die im Juni 2026 veröffentlichte Ausschreibung AO10, die die ursprünglich für AO9 vorgesehenen Projekte übernimmt, umfasst rund 10 GW in elf Projekten, davon etwa die Hälfte schwimmend; die Zuschläge sind für Februar 2027 angekündigt.

Dieser Maßstabswechsel bedeutet Schwimmkörper in Serienfertigung in Hafenstandorten, mit Taktraten, die eine Integration der Nahtnachbehandlung in den Fertigungsfluss statt einer Einzelfallbehandlung erfordern.

Betriebliche Randbedingungen

• In der Werft: Behandlung der kritischen Knoten vor der Beschichtung, Einbindung in den Montageplan, 100 % Sichtprüfung der behandelten Zone
• Auf See: Zugang per Crew Transfer Vessel, begrenzte Wetterfenster, von den Betreibern geforderte Sicherheitsschulungen
• Ausrüstung: tragbare, robuste Werkzeuge für schwer zugängliche Bereiche
• Dokumentation: Rückverfolgbarkeit von Naht, Bediener und Parametern, abgestimmt auf die Anforderungen der Zertifizierungsstelle

Unser Ansatz

Kronos Engineering mit Sitz in Bordeaux beherrscht HFMI und alle auf dieser Website vorgestellten Verfahren zur Schweißnahtnachbehandlung. Unsere Ingenieure arbeiten seit 2009 mit Sonderverfahren und sind in mehr als 50 Ländern im Einsatz. Wir unterstützen Sie dabei, geeignete Details zu identifizieren, eine IIW-2016-konforme Verfahrensanweisung zu erstellen, Prüfkörper vorzubereiten und jede behandelte Naht zu dokumentieren, in der Werft wie vor Ort.

Mehr dazu auf unserer Seite zum HFMI-Verfahren. Sie planen einen Schwimmkörper, eine Reparatur oder eine Lebensdauerverlängerung? Kontaktieren Sie uns: Antwort innerhalb von 12 Arbeitsstunden.

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