Fertigung von schweren Stahl-Monopile-Fundamenten für Offshore-Windkraftanlagen. Wir fertigen Monopiles mit einem Durchmesser von bis zu 12 m und einer Länge von bis zu 100 m sowie einer Wandstärke von bis zu 150 mm, die den strengsten baulichen Normen für Offshore-Anlagen entsprechen.
Ausführungsklasse 3/4
Einzelstück bis zu 80 t
100 %-Prüfung
Offshore-Qualität
Monopile-Fundamente dienen als primäre tragende Unterkonstruktion für Offshore-Windkraftanlagen und leiten dynamische und statische Lasten vom Turm und der Rotor-Gondel-Baugruppe in den Meeresboden ab. Leading Top Union fertigt diese kritischen Bauteile mit Durchmessern von 4.000 mm bis 12.000 mm und Wandstärken von 40 mm bis 150 mm unter Verwendung der Stahlsorten S355, S420 und S460 gemäß DE 10025-2. Jeder Monopile wird sowohl an den Längs- als auch an den Umfangsnähten unter Wasser geschweißt (SAW), wobei die Schweißparameter so gesteuert werden, dass die Wärmezufuhr je nach Blechdicke zwischen 1,5 kJ/mm und 3,0 kJ/mm liegt, um gleichbleibende mechanische Eigenschaften über die gesamte 100 Meter lange Segmentlänge sicherzustellen.
Der Fertigungsprozess beginnt mit der Vorbereitung der Blechkanten mithilfe von CNC-Anfasmaschinen, die eine Genauigkeit von ±0,5 mm bei Fasenwinkeln von 30° bis 45° erreichen, gefolgt von der Kaltumformung auf Dreiwalzen-Biegemaschinen mit einer Kapazität von 2.000 Tonnen. Nach dem Heftschweißen werden die Längsnähte mit einem Zweidraht-SAW-Verfahren bei Vorschubgeschwindigkeiten von 400–600 mm/min geschweißt, wobei Schweißleistungen von bis zu 15 kg/Stunde pro Draht erreicht werden. Die Rundnähte werden mit Säulen- und Ausleger-SAW-Systemen mit programmierbaren Drehtischen ausgeführt, wobei die Zwischenlagentemperaturen gemäß DE 1011-2 für Material der Güteklasse S460 zwischen 150 °C und 250 °C gehalten werden. Alle Schweißverfahren sind nach DE ISO 15614-1 qualifiziert und umfassen Schlagversuche bei -40 °C für Offshore-Anwendungen.
Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) wird bei S460-Güten angewendet, wenn die Wandstärke 50 mm überschreitet. Dabei kommen programmierbare elektrische Widerstandöfen zum Einsatz, die über den gesamten Monopile-Querschnitt eine Temperaturgleichmäßigkeit von ±15 °C gewährleisten. Die Maßkontrolle während der Fertigung erfolgt mittels Laserscansystemen, die die Rundheit in Abständen von 1 Meter entlang der Länge messen und Toleranzen von 0,5 % des Nenndurchmessers gemäß DNV-ST-0126 einhalten. Bei einem Monopile mit 10.000 mm Durchmesser bedeutet dies eine maximale Ovalität von 50 mm. Die Endsenkrechtigkeit wird auf ±1 mm pro Meter Durchmesser gehalten, was für Flanschverbindungen bei der Montage von Übergangsstücken entscheidend ist. Jeder Monopile erhält eine eindeutige Identifikationsnummer mit vollständiger Rückverfolgbarkeit vom Werkszeugnis bis zum Endabnahmebericht.
Der Korrosionsschutz für Monopile-Fundamente ist gemäß ISO 12944-9 für eine Lebensdauer von 25 Jahren in Meeresumgebungen der Klasse C5-M ausgelegt. Das Beschichtungssystem besteht aus einem dreischichtigen Epoxid-Glasflockensystem, das mit einer Trockenfilmdicke von 600–800 Mikrometern aufgetragen wird, mit einer zinkreichen Grundierung zur Gewährleistung der Kompatibilität mit dem kathodischen Korrosionsschutz. Für Innenflächen wird eine 400 Mikrometer starke Epoxid-Dickschichtbeschichtung mit einem Rutschhemmungskoeffizienten von über 0,5 gemäß ISO 14122-2 aufgetragen. Alle Beschichtungsarbeiten erfolgen in klimatisierten Hallen bei einer Temperatur von 20 °C ±3 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit unter 60 %, wobei die Oberflächenvorbereitung gemäß ISO 8501-1 auf Sa 2,5 erfolgt, unter Verwendung von Stahlkies mit einer Härte von über 50 HRC. Die Durchschlagsprüfung wird bei 100 %iger Abdeckung mittels 15.000-Volt-Gleichstrom-Funkenprüfung gemäß NACE SP0188 durchgeführt.
Die zerstörungsfreie Prüfung erfolgt nach einem umfassenden Protokoll, das über die Standardanforderungen hinausgeht. Alle SAW-Schweißnähte werden einer 100-prozentigen Ultraschallprüfung (UT) unterzogen, wobei Phased-Array-Technologie mit 64-Element-Sonden bei 5 MHz zum Einsatz kommt, wodurch eine Erkennungsempfindlichkeit für flächige Fehler bis zu einer äquivalenten Reflektorgröße von 2 mm erreicht wird. Die Röntgenprüfung (RT) wird an 100 % der Schweißnähte unter Verwendung digitaler Detektoren mit 200-kV-Röntgenquellen durchgeführt und ermöglicht eine sofortige Bildanalyse mit einer Kontrastempfindlichkeit von besser als 1,5 % gemäß ASTM E2597. Zu den weiteren zerstörungsfreien Prüfungen (NDT) gehören die Magnetpulverprüfung (MPI) an allen Schweißkappen und Wurzellagen sowie Härteprüfungen gemäß ISO 6508-1 mit einem Maximalwert von 350 HV10 für Wärmeeinflusszonen (HAZ). Die NDT-Techniker verfügen über Zertifizierungen der Stufen II oder III gemäß ISO 9712.
Monopile-Fundamente sind die vorherrschende Fundamentart für Offshore-Windparks in Wassertiefen von 10 bis 40 Metern und machen laut Daten von WindEurope über 80 % der weltweit installierten Offshore-Windkraftfundamente aus. Leading Top Union liefert Monopiles für Projekte in der Nordsee, der Ostsee und im asiatisch-pazifischen Raum, wo die Bodenverhältnisse von dichtem Sand bis zu festem Lehm mit undrainierten Scherfestigkeiten von bis zu 250 kPa reichen. Diese Monopiles sind so ausgelegt, dass sie Belastungen im Grenzzustand der Tragfähigkeit standhalten, darunter 50-jährige Wellenhöhen von über 15 Metern und 1-Stunden-Mittelwindgeschwindigkeiten von 45 m/s in Nabenhöhe, wobei die Ermüdungslebensdauer gemäß DNV-RP-C203 für 10^7 bis 10^8 Lastzyklen über die 25-jährige Betriebsdauer berechnet wird.
Über die Offshore-Windenergie hinaus dienen Monopile-Konstruktionen als Fundamente für Offshore-Umspannwerke, Messmasten sowie Stützen für Förderrohre in der Öl- und Gasförderung. Für Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie werden Monopiles gemäß den Spezifikationen API 2B und API 2W gefertigt, wobei für Jacket-Konstruktionen im Golf von Mexiko und in der Nordsee zusätzlich Charpy-Kerbschlagversuche bei -20 °C durchgeführt werden. Wandstärken von bis zu 150 mm nehmen die höheren Biegemomente von Auflasten von über 5.000 Tonnen auf, wobei Pfahldurchmesser von 6.000 mm bis 8.000 mm für Vierpfahl-Jacket-Konfigurationen üblich sind. Die Zertifizierung nach ISO 3834-2 gewährleistet, dass die Schweißqualität den strengen Anforderungen von NORSOK M-101 für Projekte auf dem norwegischen Festlandsockel entspricht.
Im Bergbau werden Monopile-Fundamente zunehmend für Förderbandunterkonstruktionen und Erzaufbereitungsanlagen in Küsten- und Flussgebieten vorgeschrieben. Die Fertigungskapazitäten decken Durchmesser von 4.000 mm bis 8.000 mm ab, wobei die Wandstärken im Hinblick auf Abriebfestigkeit optimiert sind und S420-Stahl mit zusätzlichen Härteanforderungen von 200–250 HB verwendet wird. Für Anwendungen in der Energieerzeugung, einschließlich thermischer und kerntechnischer Anlagen, erfordern Monopile-Fundamente für Kühlwasserentnahmestrukturen eine präzise Maßkontrolle für die Verbindung mit vorgefertigten Rohrabschnitten. Es werden Rundlauftoleranzen von weniger als 3 mm über 20-Meter-Abschnitte erreicht, was direkte Schraubverbindungen ohne Nachbearbeitung vor Ort ermöglicht und die Installationszeit im Vergleich zu herkömmlichen Mörtelverbindungen um bis zu 30 % reduziert.
Im Schiffbau und bei Offshore-Anwendungen werden Monopile-Konstruktionen als Anlegepfeiler, Anlegepfähle und Fender-Stützpfähle in Tiefwasserhäfen eingesetzt. Die Zertifizierung nach der Ausführungsklasse EN 1090-2 EXC4 umfasst die Fertigung dieser Konstruktionen mit Ermüdungsdetailkategorien bis FAT 125 gemäß DE 1993-1-9, was für Konstruktionen, die ständigen Stoßbelastungen durch Schiffe ausgesetzt sind, unerlässlich ist. Für Projekte, die eine Integration von kathodischem Korrosionsschutz erfordern, werden Aluminium-Zink-Indium-Opferanoden mit einem Gewicht von jeweils 150–300 kg in Abständen von 5 Metern installiert, wobei die Schweißverbindungen gemäß DNV-RP-B401 qualifiziert sind. Die Jahreskapazität von 50.000 Tonnen ermöglicht die Lieferung kompletter Monopile-Sätze für 50–60 Windkraftanlagen pro Jahr oder eine entsprechende Tonnage für industrielle Fundamentprojekte.
Leading Top Union betreibt in Suzhou eine eigene Produktionsstätte für Monopiles mit einer überdachten Fertigungsfläche von 25.000 Quadratmetern, die mit 12 Laufkränen mit einer Tragkraft von 50 bis 200 Tonnen ausgestattet ist. Die Produktionslinie umfasst drei 4-Walzen-Blechbiegemaschinen, die Blechbreiten von bis zu 4.500 mm und Dicken von bis zu 150 mm bearbeiten können, wobei die CNC-Steuerung eine Biegegenauigkeit von ±1 mm über die gesamte Blechbreite gewährleistet. Die Anlage verfügt über die Zertifizierung nach ISO 3834-2 für das umfassende Qualitätsmanagement von Schweißprozessen und beschäftigt 15 zertifizierte Schweißingenieure sowie 120 qualifizierte Schweißer, die über Zertifizierungen gemäß DE 287-1 für alle Schweißlagen bei Dicken bis zu 150 mm verfügen.
Das Qualitätsmanagementsystem umfasst die Echtzeitüberwachung der Schweißparameter über ein zentrales Datenerfassungssystem, das für jeden Schweißdurchgang Spannung, Stromstärke, Schweißgeschwindigkeit und Zwischenlagentemperatur aufzeichnet. Diese Daten werden über den gesamten Projektlebenszyklus gespeichert und den Kunden im Rahmen des Schweißnaht-Rückverfolgungspakets zur Verfügung gestellt, das Schweißnahtkarten, ZF-Berichte und Werkstoffprüfzeugnisse umfasst. Die Zertifizierung nach ISO 9001:2015 wird durch jährliche Überwachungsaudits aufrechterhalten, und das ZF-Labor ist gemäß ISO 17025 für die Verfahren UT, RT, MPI und PT akkreditiert. Bei Projekten, die eine Inspektion durch Dritte erfordern, erfolgt die Koordination mit DNV, Bureau Veritas, Lloyd's Register oder vom Kunden benannten Inspektoren mit einer Vorankündigung von 48 Stunden für die Begutachtungstermine.
Zu den logistischen Vorteilen des Standorts Suzhou gehört der direkte Zugang zur Wasserstraße des Jangtse für den Transport von Monopiles mit einer Länge von bis zu 100 Metern per Lastkahn, wobei ein eigener Ladequai für Lasten von bis zu 500 Tonnen zur Verfügung steht. Für Exportprojekte wird die Seefracht über den 120 km vom Werk entfernten Hafen von Shanghai abgewickelt, wobei je nach Bedarf die Verladung auf RoRo- oder Schwerlastschiffe erfolgt. Das Projektmanagementteam hat Monopiles für Offshore-Windparks in Taiwan, Vietnam und europäischen Gewässern geliefert, wobei die durchschnittliche Termintreue in den letzten fünf Jahren bei über 95 % lag. Es werden vollständige Dokumentationspakete in englischer und chinesischer Sprache bereitgestellt, einschließlich Fertigungszeichnungen, Schweißverfahren-Spezifikationen (WPS) und Prüfpläne (ITP) gemäß den Kundenanforderungen.
Der technische Support geht über die Fertigung hinaus und umfasst auch Überprüfungen der Fertigungsfreundlichkeit (DFM), bei denen das Ingenieurteam die Entwürfe der Kunden hinsichtlich Schweißzugänglichkeit, Verformungskontrolle und Effizienz der Beschichtung analysiert. Bei jüngsten Projekten konnten die Fertigungskosten um bis zu 12 % gesenkt werden, indem die Konstruktionen der Schweißverbindungen optimiert und die Anzahl der Rundnähte durch den Einsatz längerer Bleche reduziert wurde. Die hauseigene Finite-Elemente-Analyse (FEA) mit ANSYS ermöglicht die Simulation von Schweißverformungen bei komplexen Geometrien, wodurch die Platten vorab so eingestellt werden können, dass die endgültigen Maßtoleranzen ohne Nachrichten nach dem Schweißen erreicht werden. Dieser Ingenieursdienst wird bei Bestellungen über 5.000 Tonnen ohne zusätzliche Kosten angeboten, wobei die Bearbeitungszeit für DFM-Berichte in der Regel 2 Wochen beträgt.
Es werden flexible Geschäftsbedingungen angeboten, einschließlich meilensteinbasierter Zahlungspläne, die auf den Projekt-Cashflow abgestimmt sind. Die Lieferzeiten betragen in der Regel 16 bis 24 Wochen ab Bestellung bis zur ersten Lieferung, abhängig von der Stahlbeschaffung und der Komplexität der Konstruktion. Das Beschaffungsteam unterhält strategische Partnerchaften mit Stahlwerken in China und Südkorea und sichert so S355-, S420- und S460-Bleche mit Lieferzeiten von 8 bis 12 Wochen und vollständiger Zertifizierung nach DE 10204 Typ 3.1 oder 3.2. Bei dringenden Projekten kann die Lieferung durch Nutzung des vor Ort vorgehaltenen Stahlbestands von 10.000 Tonnen auf 12 Wochen verkürzt werden. Für alle Monopiles gilt eine 5-jährige Garantie auf Herstellungsfehler; über das Netzwerk zugelassener Beschichtungsunternehmen sind erweiterte Garantien für Beschichtungssysteme erhältlich.
| Fähigkeit | Technische Daten |
|---|---|
| Durchmesserbereich | 4.000 – 12.000 mm |
| Wandstärke | 40–150 mm |
| Maximale Länge | 100 m (in Abschnitten) |
| Stahlsorte | S355 / S420 / S460 |
| Schweißnorm | EN 1090-2 EXC4, DE ISO 3834-2 |
| NDT | 100 % UT + RT an allen Schweißnähten |
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