Präzisionsgefertigte Übergangsstücke zur Verbindung von Monopile-Fundamenten mit Windkraftanlagentürmen. Unsere Übergangsstücke zeichnen sich durch enge Maßtoleranzen für vergossene oder verschraubte Verbindungen aus und sind mit internen Plattformen, J-Rohren und Befestigungen für Bootsanlegestellen ausgestattet.
Ausführungsklasse 3/4
Einzelstück bis zu 80 t
100 %-Prüfung
Offshore-Qualität
Übergangsstücke bilden die entscheidende Schnittstelle zwischen dem Monopile-Fundament und dem Turm einer Offshore-Windkraftanlage und leiten extreme Lasten vom Turm in den Meeresboden ab. Bei Leading Top Union werden Übergangsstücke sowohl in konischer als auch in zylindrischer Ausführung hergestellt, die gemäß den Normen DNV-GL-ST-0126 und IEC 61400-3 für Verguss- oder Schraubverbindungen ausgelegt sind. Die Produktionsstätte in Suzhou fertigt Einheiten von 200 bis 800 Tonnen mit Durchmessern von 4.000 bis 9.000 mm und Höhen von 15 bis 35 Metern. Jedes Übergangsstück wird aus normalisiertem feinkörnigem Baustahl S355NL oder S420NL gemäß DE 10025-3 gefertigt, was eine hervorragende Zähigkeit bei Temperaturen bis zu -40 °C für den Einsatz in der Nord- und Ostsee gewährleistet.
Der Fertigungsprozess beginnt mit dem präzisen Walzen von Blechen auf 4-Walzen-Biegemaschinen, die Stahl mit einer Dicke von bis zu 150 mm umformen können. Längs- und Rundnähte werden mittels Unterpulverschweißen (SAW) und Fülldrahtschweißen (FCAW) ausgeführt, qualifiziert nach ISO 3834-2 und AWS D1.1. Alle Schweißnähte werden einer 100-prozentigen Ultraschallprüfung (UT) gemäß DE ISO 17640 und einer Magnetpulverprüfung (MPI) gemäß DE ISO 17638 unterzogen. Bei kritischen Vollschweißnähten an der Verbindung zwischen Flansch und Mantel wird eine Phased-Array-Ultraschallprüfung (PAUT) durchgeführt, um ebene Fehler von nur 2 mm Größe zu erkennen. Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) erfolgt in computergesteuerten Öfen zur Spannungsentlastung, wenn die Wandstärke 40 mm überschreitet, gemäß den Anforderungen von DNV-GL-CP-0287.
Die Ebenheit der Flansche ist ein entscheidendes Kriterium für die Leistungsfähigkeit von Übergangsstücken, da Flansche, die außerhalb der Toleranz liegen, zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung und vorzeitiger Ermüdung der Schrauben führen. Eine Flanschebenheit von maximal 1 mm über den gesamten Durchmesser wird durch eine Kombination aus Spannungsarmglühen, Präzisionsbearbeitung auf 10-Meter-Vertikalbohrwerken und einer abschließenden Maßprüfung mit Laser-Tracker-Systemen mit einer Genauigkeit von 0,02 mm erreicht. Die Flanschfläche wird auf eine Oberflächenrauheit von Ra 3,2 μm oder besser bearbeitet, wodurch eine ordnungsgemäße Abdichtung bei Vergussverbindungen und eine gleichmäßige Vorspannungsverteilung bei Schraubverbindungen gewährleistet wird. Jeder Flansch wird gemäß den Anforderungen der Ausführungsklasse EN 1090-2 EXC3 geprüft, wobei die Schraubenlochmuster unter Verwendung von CNC-Bohrschablonen mit einer Positionstoleranz von ±0,5 mm gebohrt werden.
Die Integration der internen Plattformen erfolgt bereits während der Fertigung und nicht erst in einem nachträglichen Arbeitsschritt, wodurch Probleme durch Toleranzsummen vermieden werden. Es werden komplette interne Zugangssysteme installiert, darunter Leitern gemäß DE ISO 14122-4, Zwischenplattformen mit einer Tragfähigkeit von 5 kN/m² für Nutzlasten sowie Kabelrinnenhalterungen, die für bis zu 48 Seekabel pro J-Rohr ausgelegt sind. J-Rohr-Baugruppen werden aus nahtlosen API 5L X65-Rohren mit Biegeradien von 5D bis 8D vorgefertigt und sind innen mit schmelzgebundenem Epoxidharz (FBE) beschichtet, um Korrosionsschutz zu gewährleisten. Das Kabel-Einzugsystem umfasst Einführtrichter mit einem Mindestradius von 300 mm, Biegebegrenzer in Abständen von 2 Metern sowie durch jedes J-Rohr vorinstallierte Einzugsdrähte, wodurch die Installationszeit vor Ort im Vergleich zu vor Ort montierten Systemen um bis zu 40 % reduziert wird.
Das Beschichtungssystem ist für eine Lebensdauer von 25 Jahren in Korrosionsumgebungen der Klasse C5-M gemäß ISO 12944-9 ausgelegt. Die Oberflächenvorbereitung erfolgt durch Strahlreinigung nach Sa 2.5 (fast blankes Metall) gemäß ISO 8501-1, mit einem Oberflächenprofil von 75–125 μm, gemessen gemäß ISO 8503-2. Das Beschichtungssystem besteht aus einer zinkreichen Epoxidgrundierung mit einer Trockenfilmdicke (DFT) von 60 μm, einer hochaufbauenden Epoxid-Zwischenbeschichtung mit einer DFT von 200 μm und einer Polyurethan-Deckschicht mit einer DFT von 80 μm, was eine Mindest-Trockenfilmdicke von insgesamt 340 μm ergibt. Für Spritzwasserbereiche werden glasflockenverstärkte Vinylesterbeschichtungen mit einer Trockenfilmdicke von 600 μm aufgetragen, die gemäß ISO 6272 auf Schlagfestigkeit und gemäß ASTM G8 auf kathodische Ablösung geprüft werden. Alle beschichteten Oberflächen werden einer Durchschlagsprüfung bei 20 kV gemäß NACE SP0188 sowie einer Haftfestigkeitsprüfung gemäß ISO 4624 mit einer Mindestabziehfestigkeit von 5 MPa unterzogen.
Die Offshore-Windenergie bleibt der Hauptanwendungsbereich für Übergangsstücke, die Monopile-Fundamente in Wassertiefen von 15 bis 60 Metern mit den Turbinentürmen verbinden. Bei einer typischen 8-MW-Turbine mit einer Nabenhöhe von 130 Metern muss das Übergangsstück Endlasten von über 15.000 kN·m Biegemoment an der Schlammlinie und 8.000 kN Scherkraft durch Wellen- und Strombelastung standhalten. Die Konstruktionen berücksichtigen Ermüdungsdetailkategorien gemäß DNV-GL-RP-C203, mit S-N-Kurven basierend auf 10 Millionen Zyklen für Schweißverbindungen in der Spritzwasserzone. Übergangsstücke wurden für Projekte mit einer geforderten Ermüdungslebensdauer von 20 Jahren und Sicherheitsfaktoren von 1,15 für den Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS) und 1,0 für den Grenzzustand der Ermüdung (FLS) gemäß IEC 61400-3 geliefert.
Im Öl- und Gassektor werden Übergangsstücke für Unterwasser-Template- und Manifold-Fundamente eingesetzt, wo sie der Einwirkung von Kohlenwasserstoffen und möglichen Brandszenarien standhalten müssen. Für diese Anwendungen wird Stahl der Güteklasse ASTM A516 Grade 70 oder DE 10028-3 P355NH verwendet, der gemäß ASTM A370 einer Charpy-Kerbschlagprüfung bei -20 °C unterzogen wird. Die Konstruktion umfasst J-Rohr-Einzugsvorrichtungen für flexible Förderleitungen und Versorgungsleitungen mit Biegebegrenzern, die für eine Lebensdauer von 50 Jahren ausgelegt sind. Übergangsstücke für Offshore-Plattformen verfügen über integrierte Anodenhalterungen für Opferanoden aus Aluminium gemäß DNV-RP-B401, wobei die Anodenmasse für einen 25-jährigen Schutz bei einer Stromdichte von 1,5 A/m² in Meerwasser berechnet ist. Anlegestellen für Boote werden aus S355J2+N-Stahl gemäß DE 10025-2 gefertigt und sind für Anlegekräfte von 500 kN und Festmacherkräfte von 200 kN gemäß ISO 21650 ausgelegt.
Im Bergbau und in der Mineralaufbereitung werden Übergangsstücke als strukturelle Adapter zwischen den Fundamenten von Aufbereitungsanlagen und schweren Maschinen wie Kreiselbrechern, Kugelmühlen und Vibrationssieben eingesetzt. Diese Einheiten müssen dynamischen Belastungen durch rotierende Maschinen mit Betriebsfrequenzen von 5 bis 30 Hz standhalten, was eine Eigenfrequenzanalyse erfordert, um Resonanzen zu vermeiden. Übergangsstücke sind mit integrierten Schwingungsdämpfern und Zugangsplattformen für die routinemäßige Wartung ausgestattet. Für ein aktuelles Kupferminenprojekt in Chile wurden Übergangsstücke mit einem Gewicht von jeweils 450 Tonnen geliefert, die aus S420NL-Stahl mit einer Wandstärke von 80 mm gefertigt und für 100-jährige Erdbebenereignisse gemäß ASCE 7-16 mit einem seismischen Antwortkoeffizienten von 0,3 g ausgelegt waren.
Kraftwerke, darunter thermische Kraftwerke, Kernkraftwerke und solarthermische Kraftwerke (CSP), verwenden Übergangsstücke für die Fundamente von Dampfturbinengeneratoren und die Stützen von Kühltürmen. Diese Anwendungen erfordern eine strenge Kontrolle der unterschiedlichen Setzungen, wobei die maximale Winkelverformung gemäß ASCE 7-16 auf 1/500 begrenzt ist. Übergangsstücke für die Stromerzeugung umfassen integrierte Kabelrinnen für Hochspannungskabel mit Nennspannungen bis zu 33 kV, wobei der Abstand der Kabelleitern gemäß IEC 61537 600 mm beträgt. Für CSP-Anlagen mit Salzschmelzespeicher werden Übergangsstücke aus mit Edelstahl plattiertem Kohlenstoffstahl gemäß ASTM A264 gefertigt, wobei die Plattierungsschicht aus 316L-Edelstahl eine Mindestdicke von 3 mm aufweist, um der Korrosion durch Nitratsalz bei einer Betriebstemperatur von 565 °C standzuhalten.
Im Schiffbau und bei Offshore-Anwendungen werden Übergangsstücke für die Fundamente von Antriebssystemen, die Befestigungen von Bugstrahlrudern und die Halterungen von Decksausrüstung benötigt. Diese Bauteile müssen den Vorschriften der Klassifikationsgesellschaften Lloyd’s Register, DNV-GL, ABS und Bureau Veritas entsprechen. Für die Fertigung wird Schiffbaustahl wie DH36 und EH36 gemäß ASTM A131 verwendet, der bei -20 °C einem Charpy-V-Kerbschlagversuch unterzogen wird, um einen uneingeschränkten Einsatz zu gewährleisten. Die Übergangsstücke verfügen über integrierte Rohrdurchführungen für Meerwasserkühlsysteme, wobei die Rohrmuffen an den Mantel geschweißt und gemäß ASME B31.3 mit dem 1,5-fachen Auslegungsdruck geprüft werden. Für ein aktuelles Projekt im Bereich Offshore-Versorgungsschiffe wurden Übergangsstücke mit einem Durchmesser von 8 Metern, einer Höhe von 20 Metern und einem Gewicht von 350 Tonnen geliefert, die für Fundamente von dynamischen Positionierungssystemen mit einer Durchbiegungstoleranz von 2 mm bei einer Schubkraft von 1.000 kN ausgelegt sind.
Leading Top Union verfügt über die Zertifizierung nach ISO 3834-2 für ein umfassendes Qualitätsmanagement im Schweißwesen, nach EN 1090-2 EXC3 für Stahlkonstruktionen der Ausführungsklasse 3 sowie nach AWS D1.1 für das Schweißen von Stahlkonstruktionen. Diese Zertifizierungen werden jährlich vom TÜV SÜD und Lloyd's Register überprüft, wodurch sichergestellt wird, dass die Fertigungsprozesse den strengsten internationalen Normen entsprechen. Das Qualitätsmanagementsystem ist zudem nach ISO 9001:2015 und ISO 14001:2015 zertifiziert und umfasst Umweltkontrollen für Strahlreinigungs- und Beschichtungsarbeiten. Für jedes Übergangsstück wird ein vollständiges Dokumentationspaket bereitgestellt, das Materialprüfzeugnisse gemäß DE 10204 Typ 3.1, Schweißverfahrensanweisungen (WPS) gemäß ISO 15609-1, Schweißerqualifikationen gemäß ISO 9606-1 sowie Berichte über zerstörungsfreie Prüfungen mit Kartierung der Fehlerorte umfasst.
Das Ingenieurteam führt für jeden Übergangsstückentwurf eine detaillierte 3D-Finite-Elemente-Analyse (FEA) mit ANSYS Workbench durch und bewertet dabei die Spannungsverteilung unter kombinierten Axial-, Biege- und Torsionsbelastungen. Lokale Spannungen an Flansch-Mantel-Verbindungen, J-Rohr-Befestigungen und Plattform-Stützhalterungen werden mithilfe von Submodellierungstechniken mit Elementgrößen von bis zu 5 mm analysiert. Die Ermüdungsanalyse folgt dem Nennspannungsansatz gemäß DNV-GL-RP-C203, mit S-N-Kurven für Schweißverbindungen in Meerwasser mit kathodischem Korrosionsschutz. Für Schraubverbindungen werden die Anforderungen an die Vorspannung der Schrauben gemäß DE 1993-1-8 berechnet, wobei Hebelkräfte und Schlupffestigkeit für vorgespannte Schrauben in überdimensionierten Bohrungen berücksichtigt werden. Alle FEA-Ergebnisse werden anhand von Dehnungsmessstreifen-Messungen während der Werksabnahmeprüfung validiert, wobei die Korrelation an kritischen Stellen innerhalb von 5 % liegt.
Das Werk in Suzhou erstreckt sich über eine Fläche von 120.000 Quadratmetern und verfügt über spezielle Produktionslinien für die Herstellung von Übergangsstücken, darunter eine 50 Meter lange Strahlkammer, eine 12 Meter breite Lackierkabine mit Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung sowie einen Portalkran mit einer Tragkraft von 500 Tonnen. Es wird ein Lagerbestand an S355NL- und S420NL-Blechen in Dicken von 20 mm bis 150 mm vorgehalten, die von europäischen Walzwerken mit vollständiger DE 10204 Typ 3.2-Zertifizierung bezogen werden. Bei dringenden Projekten kann die Erstmusterlieferung innerhalb von 16 Wochen nach Auftragserteilung erfolgen, wobei die Serienproduktion mit einer Rate von einem kompletten Übergangsstück alle 10 Arbeitstage erfolgt. Das Logistikteam koordiniert den Seetransport vom Hafen Shanghai zu jedem weltweiten Bestimmungsort, wobei für übergroße Ladungen von mehr als 500 Tonnen pro Stück Schiffe gechartert werden.
Zu den optionalen Dienstleistungen gehören Inspektionen durch unabhängige Dritte wie DNV-GL, Bureau Veritas oder SGS, mit Begutachtungspunkten bei der Materialannahme, beim Schweißen, bei der zerstörungsfreien Prüfung, bei der Maßprüfung und bei der Beschichtung. Die Werksabnahmeprüfung (FAT) umfasst eine vollständige Maßprüfung mittels Laserscanning mit 3D-Modellvergleich, die Überprüfung der Flanschebenheit mit Fühlerlehre und Richtlineal sowie die Überprüfung des Schraubenlochrasters mit Pass- und Nichteinlasslehren. Bei Konstruktionen mit Vergussverbindungen werden Simulationsprüfungen des Vergussringraums durchgeführt, um den Vergussfluss und die Entlüftung zu überprüfen. Bei Konstruktionen mit Schraubverbindungen erfolgt die Überprüfung der Schraubvorspannung mithilfe von hydraulischen Spannvorrichtungen mit Wägezellen. Alle Prüfergebnisse werden in einem FAT-Bericht dokumentiert, der als Grundlage für die Abnahme der Offshore-Installation dient.
| Fähigkeit | Technische Daten |
|---|---|
| Durchmesser | 4.000 – 9.000 mm |
| Höhe | 15–35 m |
| Gewicht | 200–800 Tonnen |
| Flanschebenheit | ein Millimeter oder weniger |
| Stahlsorte | S355NL / S420NL |
| Beschichtung | C5-M, 25 Jahre Lebensdauer |
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