Die Erfindung betrifft einen Gründungspfahl, insbesondere für ein Offshore-Bauwerk. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Offshore-Bauwerk, insbesondere eine Offshore-Windenergieanlage.

Als Offshore-Bauwerke werden insbesondere solche Bauwerke bezeichnet, die statisch im Meeresboden verankert sind und sich über Bereiche unter- und oberhalb der Wasseroberfläche erstrecken. Gründungsstrukturen für derartige Bauwerke sind in verschiedenen Ausführungen bekannt und dienen beispielsweise als Tragwerk für Windenergieanlagen oder Plattformen. Ist die Gründungsstruktur so ausgebildet, dass sie statisch im Meeresboden verankert ist, kann sie in Form von mindestens einem Pfahl vorliegen. Ein derartiger Pfahl ist üblicherweise hohl. Im Inneren des Pfahls kön nen diverse technische Komponenten und Leitungen untergebracht werden.

Bei bekannten Gründungspfählen ist der Materialbedarf erheblich. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, gegenüber bekannten Gründungspfählen Material einzuspa ren.

Erfindungsgemäß wird ein Gründungspfahl mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende vorgestellt, wobei der Gründungspfahl an dem ersten Ende Befesti gungsmittel zur Befestigung eines Aufbaus aufweist, wobei der Gründungspfahl hohl ist und eine Querschnittsfläche hat, die sich in einem Verjüngungsabschnitt kontinuier lich in Richtung auf das zweite Ende verringert.

Unter einem Gründungspfahl ist ein Bauteil zu verstehen, mit welchem ein Bau werk gegründet, also im Boden verankert werden kann. Der beschriebene Grün dungspfahl ist vorzugsweise als Gründungspfahl für ein Bauwerk ausgebildet, insbe sondere für ein Offshore-Bauwerk. Das Bauwerk kann einen oder mehrere wie be schrieben ausgebildete Gründungspfähle aufweisen. Liegt genau ein Gründungspfahl vor, kann der Gründungspfahl auch alsein Monopfahl (engl.„Monopile") bezeichnet werden. Der beschriebene Gründungspfahl kann als Monopfahl verwendet werden, ist jedoch nicht auf diese Option beschränkt. Eine Verwendung des beschriebenen Gründungspfahls bei anderen Gründungsstrukturen, beispielsweise mit Tripiles, ist möglich.

Der Gründungspfahl hat vorzugsweise einen runden Querschnitt, insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt. Im Falle eines kreisförmigen Querschnitts ist der Gründungspfahl vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet. Der Gründungspfahl ist hohl. Der Gründungspfahl umfasst vorzugsweise einen Mantel. Vorzugsweise ist der Gründungspfahl aus Stahl ausgebildet. Denkbar ist aber auch die Verwendung eines anderen Materials.

Der Gründungspfahl hat ein erstes Ende und ein zweites Ende. Die Enden können auch als Stirnseiten bezeichnet werden. Die beiden Enden des Gründungspfahls sind in axialer Richtung voneinander beabstandet. In der axialen Richtung erstreckt sich der Gründungspfahl zwischen den beiden Enden.

Der Gründungspfahl weist an seinem ersten Ende Befestigungsmittel zur Befesti gung eines Aufbaus auf. Der Aufbau kann beispielsweise ein Turm für eine Windener gieanlage, eine Bohrinsel, ein Substationsaufbau odereine Plattform sein. Die Befesti gungsmittel können beispielsweise einen Flansch, Schraublöcher und/odereine Hal terung umfassen. Weitere Möglichkeiten zur Verbindung stellen Steckverbindungen dar, denen ein Dichtmaterial hinzugefügt werden kann. Dass die Befestigungsmittel am ersten Ende des Gründungspfahls angeordnet sind, ist funktional so zu verstehen, dass über die Befestigungsmittel der Aufbau in axialer Richtung an das erste Ende des Gründungspfahls anschließend an dem Gründungspfahl montiert werden kann.

Durch die Befestigungsmittel kann im Allgemeinen zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende unterschieden werden. Am zweiten Ende weist der Grün dungspfahl vorzugsweise keine Befestigungsmittel wie am ersten Ende auf. Allgemein ist es bevorzugt, dass das erste Ende und das zweite Ende des Gründungspfahls un terschiedlich ausgebildet sind. Die Unterscheidung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Gründungspfahls ermöglicht die Definition einer axialen Rich tung. Ist der Gründungspfahl bestimmungsgemäß in einem Boden verankert, befindet sich das zweite Ende des Gründungspfahls im Boden, während das erste Ende aus dem Boden herausragt. Insoweit kann das erste Ende auch als das obere Ende des Gründungspfahls bezeichnet werden, während das zweite Ende auch als unteres En de oder Pfahlfuß bezeichnet werden kann. An den Befestigungsmitteln kann also am Gründungspfahl auch vor dessen Montage erkannt werden, wo oben ist.

Ist der Gründungspfahl Teil eines Offshore-Bauwerks, ist das zweite Ende des Gründungspfahls in einem Meeresboden verankert. Ein derartiger Gründungspfahl erstreckt sich vorzugsweise über einen Abschnitt oberhalb der Wasseroberfläche, ei nen Abschnitt zwischen der Wasseroberfläche und dem Meeresgrund sowie einen Abschnitt innerhalb des Meeresbodens.

Der Gründungspfahl dient insbesondere dazu, die Last des Aufbaus aufzunehmen und in den Boden einzuleiten. Im Fall eines Offshore-Bauwerks ist der Gründungspfahl bedingt durch wind-, wellen- und strömungsinduzierte Lasten erheblichen Querkräf ten und Momenten ausgesetzt. Der beschriebene Gründungspfahl ist dazu in der La ge, derartigen Belastungen standzuhalten. Dabei ist vergleichsweise wenig Material für den Gründungspfahl erforderlich. Das ist möglich, weil der Gründungspfahl eine Querschnittsfläche hat, die sich in einem Verjüngungsabschnitt kontinuierlich in Rich tung auf das zweite Ende verringert. Der Verjüngungsabschnitt befindet sich im mon tierten Zustand des Gründungspfahls vorzugsweise innerhalb des Bodens. Diese Aus gestaltung ist insofern besonders effizient, als dass für eine bestimmte Stabilität des Gründungspfahls vergleichsweise wenig Material erforderlich ist. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass es in Richtung auf das zweite Ende des Gründungspfahls aus festig keitstechnischer Sicht nicht notwendig ist, eine große Querschnittsfläche beizubehal ten, da die auf den Gründungspfahl wirkenden Querkräfte und Momente in Richtung auf das zweite Ende abnehmen. Der Verjüngungsabschnitt ist in Richtung des zweiten Endes ausgerichtet. Das bedeutet, dass sich der Gründungspfahl bei Betrachtung in axialer Richtung ausgehend vom ersten Ende im Verjüngungsabschnitt verjüngt. Die se Verjüngung des Pfahls erweist sich als vorteilhaft, da Material eingespart wird. Inso fern ist eine Verjüngung des Pfahls aus wirtschaftlicher und montagetechnischer Per spektive vorteilhaft.

Dass sich die Querschnittsfläche in dem Verjüngungsabschnitt kontinuierlich ver ringert, bedeutet dass die Querschnittsfläche des Verjüngungsabschnitt an jeder Stelle des Verjüngungsabschnitts größer ist als an einer in Richtung auf das zweite Ende fol genden Stelle. Bei Betrachtung in axialer Richtung vom ersten Ende zum zweiten Ende nimmt die Querschnittfläche also innerhalb des Verjüngungsabschnitts immer ab. Der Verjüngungsabschnitt hat eine endliche Ausdehnung. Es genügt also nicht, dass sich die Querschnittsfläche an einer Stufe sprunghaft verringert. In dem Fall könnte allen falls ein Verjüngungsabschnitt mit Ausdehnung null definiert werden. Ein solcher soll hier aber nicht als Verjüngungsabschnitt aufgefasst werden. Besonders bevorzugt hat der Verjüngungsabschnitt eine axiale Ausdehnung im Bereich von 0,5 bis 5 m, insbe sondere im Bereich von 1 bis 3 m. Insgesamt hat der Gründungspfahl vorzugsweise eine axiale Ausdehnung von mindestens 10 m, insbesondere von mindestens 20 m, besonders bevorzugt von mindestens 40 m. Insgesamt hat der Gründungspfahl vor zugsweise eine axiale Ausdehnung von maximal 100 m, insbesondere von maximal 80 m, besonders bevorzugt von maximal 50 m.

Dass die Verjüngung in Richtung auf das zweite Ende erfolgt, bedeutet, dass die Querschnittsfläche bei Betrachtung vom ersten Ende zum zweiten Ende im Verjün gungsabschnitt abnimmt. Es ist nicht erforderlich, dass die Querschnittsfläche begin nend am ersten Ende und/oder bis hin zum zweiten Ende abnimmt. Das wäre der Fall, wenn sich der Verjüngungsabschnitt bis zum ersten Ende und/oder bis zum zweiten Ende erstreckt, was möglich, aber nicht erforderlich ist.

Der Verjüngungsabschnitt ist vorzugsweise vom ersten Ende und vom zweiten Ende des Gründungspfahls beabstandet. An Stellen außerhalb des Verjüngungsab schnitts kann der Querschnitt des Gründungspfahls beliebig sein. Bevorzugt ist je doch, dass die Querschnittsfläche außerhalb des Verjüngungsabschnitts konstant ist. Bevorzugt ist aber auch, dass der Gründungspfahl zwischen dem ersten Ende und dem Verjüngungsabschnitt einen Aufweitungsabschnitt aufweist, in welchem sich die Querschnittsfläche des Gründungspfahls kontinuierlich in Richtung auf das zweite Ende vergrößert. Ausgehend von dem ersten Ende kann die Querschnittfläche bei spielsweis konstant einen ersten Wert haben, im Aufweitungsabschnitt kontinuierlich auf einen zweiten Wert vergrößert werden, konstant auf dem zweiten Wert verbleiben, im Verjüngungsabschnitt kontinuierlich auf einen dritten Wert verringert werden und bis zum zweiten Ende konstant auf dem dritten Wert verbleiben. Der erste Wert und der dritte Wert sind vorzugsweise identisch. Im Fall eines Offshore-Bauwerks ist der Aufweitungsabschnitt vorzugsweise unterhalb der angreifenden Wellen angeordnet, um die Steifigkeit des Gründungspfahls im Bereich des Meeresgrundes zu erhöhen. Vorzugsweise hat der Aufweitungsabschnitt eine axiale Ausdehnung im Bereich von 0,5 bis 5 m, insbesondere im Bereich von 1 bis 3 m.

Der Verjüngungsabschnitt ist vorzugsweise in einer an das zweite Ende des Grün dungspfahls anschließenden Hälfte des Gründungspfahls angeordnet. Das bedeutet, dass sich der Verjüngungsabschnitt vollständig zwischen dem zweiten Ende und der Mitte des Gründungspfahls befindet, wobei möglich, aber nicht erforderlich ist, dass der Verjüngungsabschnitt bis zum zweiten Ende und/oder bis zur Mitte des Grün dungspfahls reicht. Besonders bevorzugt ist der Verjüngungsabschnitt in einem an das zweite Ende des Gründungspfahls anschließenden Drittel des Gründungspfahls angeordnet.

Im montierten Zustand befindet sich der Verjüngungsabschnitt vorzugsweise in nerhalb des Bodens. So erfolgt die Verjüngung erst unterhalb der Oberfläche des Bo dens, wo besonders große Kräfte und Momente auf den Gründungspfahl einwirken können. Durch die Verjüngung wird die Stabilität in dem Fall besonders wenig beein trächtigt.

Sofern vorhanden, ist der Aufweitungsabschnitt vorzugsweise in einer an das erste Ende des Gründungspfahls anschließenden Hälfte des Gründungspfahls angeordnet. Das bedeutet, dass sich der Aufweitungsabschnitt vollständig zwischen dem ersten Ende und der Mitte des Gründungspfahls befindet, wobei möglich, aber nicht erforder lich ist, dass der Aufweitungsabschnitt bis zum ersten Ende und/oder bis zur Mitte des Gründungspfahls reicht.

Im montierten Zustand befindet sich der Aufweitungsabschnitt vorzugsweise au ßerhalb des Bodens. So erfolgt die Aufweitung oberhalb der Oberfläche des Bodens, wo besonders große Kräfte und Momente auf den Gründungspfahl einwirken können. Durch die Aufweitung wird die Stabilität in dem Fall besonders gestärkt. Der Verjüngungsabschnitt und der optionale Aufweitungsabschnitt sind allein durch den Verlauf der Querschnittsfläche definiert. Es ist denkbar, dass bei einem Gründungspfahl verschiedene Abschnitte als Verjüngungsabschnitt beziehungsweise verschiedene Abschnitte als Aufweitungsabschnitt identifiziert werden können. Es ist nicht erforderlich, aber bevorzugt, dass der Verjüngungsabschnitt und/oder der Auf weitungsabschnitt durch ein jeweiliges gesondertes Bauteil gebildet sind. Das erleich tert die Herstellung des Gründungspfahls. Die einzelnen Bauteile werden vorzugswei se miteinander verbunden, insbesondere verschweißt, bevor der so gebildete Grün dungspfahl an seinen Bestimmungsort transportiert wird.

Ist der Verjüngungsabschnitt von dem ersten Ende des Gründungspfahls beab- standet, ist die Querschnittfläche des Gründungspfahls vorzugsweise an jeder Stelle zwischen dem ersten Ende und dem Verjüngungsabschnitt mindestens so groß wie an dem Ende des Verjüngungsabschnitts, welches dem ersten Ende des Gründungs pfahls zugewandt ist. Ist der Verjüngungsabschnitt von dem zweiten Ende des Grün dungspfahls beabstandet, ist die Querschnittfläche des Gründungspfahls vorzugswei se an jeder Stelle zwischen dem zweiten Ende und dem Verjüngungsabschnitt min destens so groß wie an dem Ende des Verjüngungsabschnitts, welches dem zweiten Ende des Gründungspfahls zugewandt ist. Ist der Verjüngungsabschnitt von dem ers ten Ende und von dem zweiten Ende des Gründungspfahls beabstandet, ist die Quer schnittfläche des Gründungspfahls zwischen dem ersten Ende und dem Verjün gungsabschnitt vorzugsweise größer als zwischen dem zweiten Ende und dem Ver jüngungsabschnitt.

Im Falle eines kreisförmigen Querschnitts, hat der Gründungspfahl einen Durch messer, der sich in dem Verjüngungsabschnitt kontinuierlich in Richtung auf das zwei te Ende verringert. Der Durchmesser liegt vorzugsweise an jeder Stelle des Grün dungspfahls im Bereich von 3 bis 15 m. Wird der Gründungspfahl als ein Monopfahl verwendet, hat der Gründungspfahl vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 3 m, insbesondere von mindestens 5 m und/oder von maximal 15 m, insbesondere von maximal 10 m. Wird der Gründungspfahl als Teil eines Tri pods verwendet, hat der Gründungspfahl vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 1 m, insbesondere von mindestens 3 m und/oder von maximal 10 m, insbesondere von maximal 8 m.

Während der Installation des Gründungspfahls kann es auf Höhe des Verjün gungsabschnittes zu Bodenauflockerungen innerhalb des Gründungspfahls und einer Verdichtung des Bodens außerhalb des Gründungspfahls kommen. Es besteht die Möglichkeit, diese durch eine Auffüllung im Gründungspfahl auszugleichen, um eine hohe Tragfähigkeit zu erzielen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verjüngungsabschnitt des Grün dungspfahls von dem zweiten Ende des Gründungspfahls beabstandet angeordnet, wobei die Querschnittsfläche des Gründungspfahls zwischen dem Verjüngungsab schnitt und dem zweiten Ende konstant ist.

Zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem zweiten Ende ist der Gründungs pfahl vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet. Das erleichtert die Herstellung. Dadurch, dass sich der Verjüngungsabschnitt nicht bis zum zweiten Ende erstreckt, kann besonders viel Material eingespart werden, insbesondere wenn sich die Quer schnittsfläche des Gründungspfahls zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem zweiten Ende nicht wieder vergrößert.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Gründungspfahl in dem Verjüngungsabschnitt konisch ausgebildet.

In dieser Ausführungsform hat der Gründungspfahl im Verjüngungsabschnitt bei Betrachtung in einem Längsschnitt gerade Ränder. Diese Ausgestaltung ist besonders leicht herzustellen. Besonders bevorzugt ist es, dass der Verjüngungsabschnitt durch einen Konus als ein gesondertes Bauteil gebildet ist. Weist der Gründungspfahl auch einen Aufweitungsabschnitt auf, ist auch dieser vorzugsweise durch einen Konus als ein gesondertes Bauteil gebildet. Der Gründungspfahl kann in dem Fall gebildet wer den, indem zwei Konen über ein zylinderförmiges Bauteil miteinander verbunden wer den und ein jeweiliges weiteres zylinderförmiges Bauteil außen an die beiden Konen angebracht wird. Die Konen können dabei identisch ausgebildet, aber gegenläufig orientiert sein. In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Verhältnis zwischen der Wurzel der Querschnittsfläche des Gründungspfahls und einer Wandstärke des Gründungspfahls an jeder Stelle des Gründungspfahls höchstens 170, insbesondere höchstens 135. Die Wandstärke des hohlen Gründungspfahls kann abhängig von der lokalen

Querschnittsfläche variieren, ist aber vorzugsweise stets so ausgebildet, dass einem Beulen des Gründungspfahls vorgebeugt wird. Grundsätzlich genügt bei einer gerin gen Querschnittsfläche eine geringere Wandstärke. In der vorliegenden Ausführungs form beträgt die Wurzel der Querschnittsfläche höchstens das 170-Fache der Wand- stärke, insbesondere höchstens das 135-Fache. Insoweit ist die Querschnittfläche rela tiv zur Wandstärke limitiert, was aus statischen Gründen sinnvoll ist.

Im Falle eines kreisförmigen Querschnitts entspricht die Wurzel der Querschnitts fläche - bis auf einen konstanten Faktor von rund 0,9 - dem Durchmesser des Grün dungspfahls. Bei einem kreisförmigen Querschnitt ist es bevorzugt, dass das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Gründungspfahls und der Wandstärke des Grün dungspfahls höchstens 150, insbesondere höchstens 120 beträgt. Da ein kreisförmi ger Querschnitt aber nicht zwingend ist, wird auch die allgemeinere Definition mittels Wurzel der Querschnittsfläche betrachtet.

In einer weiteren bevorzugen Ausführungsform ist der Verjüngungsabschnitt von dem ersten Ende und von dem zweiten Ende beabstandet angeordnet, wobei der

Gründungspfahl eine Wandstärke hat, die in jedenfalls einem Abschnitt zwischen dem ersten Ende und dem Verjüngungsabschnitt größer ist als in jedenfalls einem Ab schnitt zwischen dem zweiten Ende und dem Verjüngungsabschnitt.

Durch diese Ausgestaltung kann Material eingespart werden, indem die Wand- stärke dort reduziert wird, wo dies aufgrund der Verjüngung möglich ist. Insbesondere in dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Querschnittfläche des Grün dungspfahls in jedenfalls einem Abschnitt zwischen dem ersten Ende und dem Ver jüngungsabschnitt größer ist als in jedenfalls einem Abschnitt zwischen dem zweiten Ende und dem Verjüngungsabschnitt. Besonders bevorzugt ist, dass die Wandstärke an jeder Stelle zwischen dem ersten Ende und dem Verjüngungsabschnitt größer ist als an jeder Stelle zwischen dem zwei ten Ende und dem Verjüngungsabschnitt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Gründungspfahl zwi- sehen dem ersten Ende und dem Verjüngungsabschnitt einen Aufweitungsabschnitt auf, in welchem sich die Querschnittsfläche des Gründungspfahls kontinuierlich in Richtung auf das zweite Ende vergrößert, wobei der Verjüngungsabschnitt und der Aufweitungsabschnitt voneinander beabstandet angeordnet sind, und wobei der Gründungspfahl eine Wandstärke hat. Dabei hat der Gründungspfahl eine Wandstär- ke, die zwischen dem Aufweitungsabschnitt und dem Verjüngungsabschnitt größer ist als an dem zweiten Ende.

Ist der Aufweitungsabschnitt vom ersten Ende beabstandet, kann in der vorlie genden Ausführungsform verhindert werden, dass die Wandstärke zwischen dem ers ten Ende und dem Aufweitungsabschnitt überdimensioniert ist. Durch die Verjüngung des Querschnitts des Gründungspfahls im Verjüngungsab schnitt kann die Querschnittsfläche am zweiten Ende kleiner sein als zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem Aufweitungsabschnitt. So kann Material eingespart werden. Vorzugsweise liegt die Wandstärke zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem Aufweitungsabschnitt zwischen 5 und 15 cm und am zweiten Ende zwischen 3 und 12 cm. Vorzugsweise ist die Wandstärke zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem Aufweitungsabschnitt um 1 bis 5 cm größer als am zweiten Ende.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Wandstärke zwischen dem Aufweitungsab schnitt und dem Verjüngungsabschnitt größer ist als an dem ersten Ende. So kann weiteres Material eingespart werden. Vorzugsweise liegt die Wandstärke am ersten Ende zwischen 3 und 12 cm. Vorzugsweise ist die Wandstärke zwischen dem Verjün gungsabschnitt und dem Aufweitungsabschnitt um 1 bis 5 cm größer als am ersten Ende.

Innerhalb eines Bereiches mit konstanter Querschnittsfläche bietet sich eine kon stante Wandstärke an, da dies aus fertigungstechnischer Sicht leichter umzusetzen und daher vorteilhaft ist. Dies gilt insbesondere zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem zweiten Ende, sofern der Verjüngungsabschnitt vom zweiten Ende beab- standet angeordnet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Gründungspfahl eine Beschichtung auf, welche an das erste Ende, nicht aber an das zweite Ende angrenzt.

Um den Gründungspfahl vor korrosionsfördernden Einflüssen zu schützen und damit seine Lebensdauer zu erhöhen, ist der Gründungspfahl teilweise mit der Be schichtung versehen. Die Beschichtung ist vorzugsweise nur an Stellen vorgesehen, an denen eine Umgebung herrscht, die korrosionsverhütende Maßnahmen verlangt und die Beschichtung damit technisch sinnvoll ist. Eine derartige Umgebung ist unter halb des Meeresbodens mangels ausreichender Sauerstoffzufuhr nicht zu erwarten. Dort kann bedingt durch bestimmte Bakterien auch Korrosion auftreten, die hier ver wendete Beschichtung eignet sich jedoch nicht zur Verhütung dieser Korrosion. Die Aufbringung einer Beschichtung bis an das zweite Ende des Gründungspfahls heran ist somit technisch nicht sinnvoll und daher gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht vorgesehen. Diese hat zum Vorteil, dass auch der unbeschichtete Bereich als Indikator für die Identifizierung von erstem und zweiten Ende des Gründungspfahls dienen kann. Im montierten Zustand befindet sich der Verjüngungsabschnitt vor zugsweise innerhalb des Bodens. Daher ist es bevorzugt, dass sich die Beschichtung nicht in den Verjüngungsabschnitt erstreckt. Die Beschichtung ist vorzugsweise voll flächig ausgebildet. Insbesondere erstreckt sich die Beschichtung vorzugsweise über den vollen Umfang des Gründungspfahls und/oder axial vom ersten Ende ausgehend über mindestens ein Drittel, insbesondere über mindestens die Hälfte des Gründungs pfahls.

Als alternative Formulierung kann der Gründungspfahl gemäß der vorliegenden Ausführungsform dadurch beschrieben werden, dass dieser in einem an das erste En de angrenzenden ersten Abschnitt beschichtet und in einem an das zweite Ende an grenzenden zweiten Abschnitt unbeschichtet ist.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Gründungspfahl in einem Meeresboden verankert. In dieser Ausführungsform wird der Gründungspfahl in seinem montierten Zu stand betrachtet. Der Verjüngungsabschnitt ist vorzugsweise innerhalb des Meeres bodens angeordnet. Sofern vorhanden, ist der Aufweitungsabschnitt vorzugsweise außerhalb des Meeresbodens angeordnet. Bei üblichem Wasserstand ist der Aufwei tungsabschnitt vorzugsweise zwischen Wasseroberfläche und Meeresgrund ange ordnet.

Der Gründungspfahl ist vorzugsweise derart im Meeresboden verankert, dass der Verjüngungsabschnitt in einer oberen Hälfte des im Meeresboden befindlichen Teils des Gründungspfahls angeordnet ist. Das bedeutet, dass sich der Verjüngungsab schnitt vollständig zwischen dem Meeresgrund und der Mitte des im Meeresgrund befindlichen Teils des Gründungspfahls befindet, wobei möglich, aber nicht erforder lich ist, dass der Verjüngungsabschnitt bis zum Meeresgrund und/oder bis zur Mitte des im Meeresboden befindlichen Teils des Gründungspfahls reicht. Vorzugsweise ist der Gründungspfahl derart im Meeresboden verankert, dass der Verjüngungsabschnitt von dem Meeresgrund beabstandet ist. Besonders bevorzugt ist der Gründungspfahl derart im Meeresboden verankert, dass der Verjüngungsabschnitt in einem oberen Drittel des im Meeresboden befindlichen Teils des Gründungspfahls angeordnet ist.

Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Offshore-Bauwerk vorgestellt, wel ches einen Gründungspfahl und einen Aufbau umfasst, wobei der Aufbau an einem ersten Ende des Gründungspfahls an dem Gründungspfahl montiert ist, wobei der Gründungspfahl mit einem zweiten Ende in einem Meeresgrund verankert ist, und wobei der Gründungspfahl hohl ist und eine Querschnittsfläche hat, die sich in einem Verjüngungsabschnitt kontinuierlich in Richtung auf das zweite Ende verringert.

Die beschriebenen Vorteile und Merkmale des Gründungspfahls sind auf das Offshore-Bauwerk anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Das Offshore- Bauwerk weist einen oder mehrere Gründungspfähle auf, die vorzugsweise wie der zuvor beschriebene Gründungspfahl ausgebildet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Offshore-Bauwerk eine Offshore- Windenergieanlage. ln einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Offshore-Bauwerk eine Offshore-Substation.

Im Folgenden werden besonders bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, auf die sich die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf Monopfähle, die als Gründungsstruktur einer Offshore- Wind energieanlage dienen. Die Kombination mehrerer erfindungsgemäßer Gründungs pfähle als Mehr-Pfahl-Gründungsstruktur (z. B. als Tripile) ist ebenfalls möglich. Dar über hinaus kann ein erfindungsgemäß ausgebildeter Pfahl auch als Gründungsstruk tur für andere Bauwerke off- und onshore dienen. Es zeigen: Fig. 1: eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Offshore-Bauwerks,

Fig. 2: eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines er findungsgemäßen Offshore-Bauwerks,

Fig. 3a: eine schematische Querschnittsdarstellung des Gründungspfahls aus Fig. 1 oberhalb des Verjüngungsabschnitts,

Fig. 3b: eine schematische Querschnittsdarstellung des Gründungspfahls aus Fig. 1 unterhalb des Verjüngungsabschnitts.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Offshore-Bauwerks 1. Bei der dargestell ten Ausführungsform handelt es sich um eine Offshore-Windenergieanlage 12 mit ei- nem als Monopile ausgebildeten Gründungspfahl 2. Die Offshore-Windenergieanlage 12 hat einen Aufbau 5, der einen Turm 13 und eine Gondel 14 sowie einen an dieser außen befestigten Rotor 15 aufweist. Der Rotor 15 wird durch Wind in Bewegung ge setzt. Die dabei aufgenommene mechanische Energie wird übereine Welle-Nabe- Verbindung ins Innere der Gondel 14 an einen (nicht dargestellten) Generator über- tragen. Dieser wandelt die mechanische Energie in elektrische Energie um. Die elektri sche Energie wird über Kabel durch den Turm 13 der Windenergieanlage 12 nach unten abgeführt. Beim Einsatz mehrerer Windenergieanlagen 12 in einer Umgebung, wie es bei Offshore-Wind parks üblich ist, werden die elektrischen Leitungen zusam- mengeführt und zum Beispiel in einer Offshore- Konverterstation gesammelt, bevor die Energie ins lokale Stromnetz eingespeist wird.

Der in Fig. 1 dargestellte Gründungspfahl 2 umfasst ein erstes Ende 3 und ein zweites Ende 4. Das erste Ende 3 ist insoweit ausgezeichnet, als dass an diesem Befes tigungsmittel 11 zur Befestigung des Aufbaus 5 vorgesehen sind. Der Gründungs pfahl 2 hat an jeder Stelle eine kreisförmige Querschnittsfläche A, welche in Fig. 3a und 3b gezeigt ist. Der Gründungspfahl 2 umfasst zylindrisch und konisch ausgebildete Abschnitte. Um die Steifigkeit des Offshore-Bauwerks 1 im Bereich der angreifenden Wellen zu erhöhen, weist der Gründungspfahl 2 unterhalb der Wasseroberfläche 8 eine größere Querschnittsfläche A als im darüber angrenzenden Bereich auf. Dies wird durch einen konischen Aufweitungsabschnitt 16 erreicht.

Unterhalb an den Aufweitungsabschnitt 16 anschließend befindet sich ein weite rer zylindrischer Turmabschnitt. Dieser ragt überden Meeresgrund 9 hinaus in den Meeresboden 10 hinein.

Unterhalb dieses zylindrischen Abschnittes schließt sich in Richtung auf das zwei te Ende 4 des Gründungspfahls 2 ein Verjüngungsabschnitt 6 an, in dem sich die Querschnittsfläche A des Gründungspfahls 2 kontinuierlich in Richtung auf das zweite Ende 4 verringert. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform schließt sich darunter ein zylindrischer Bereich an, der bis zum zweiten Ende 4 des Gründungspfahls 2 reicht und das zweite Ende 4 umfasst.

Der Gründungspfahl 2 ist teilweise mit einer vollflächigen Beschichtung 7 verse hen. Diese reicht vom ersten Ende 3 des Gründungspfahls 2 bis in den Bereich inner halb des Meeresbodens 10 hinein, jedoch nicht bis zu dem zweiten Ende 4. Die Be schichtung 7 schütz den Gründungspfahl 2 vor Korrosion.

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Offshore-Bauwerks 1 mit einem Gründungspfahl 2. Diese Ausführungsform ist vom Rotor 15 der Windenergieanlage 12 bis zum Beginn des Verjüngungsabschnittes 6 identisch mit der Ausführungsform aus Fig. 1. Die Ausführungsform nach Fig. 2 unter scheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 im Hinblick auf die Gestaltung des Verjüngungsabschnitts 6. Dieser ist in Fig. 2 als ein Konus ausgebildet, der deutlich länger ist als in Fig. 1 und der das zweite Ende 4 des Gründungspfahls 2 umfasst. Der Konus, der den Verjüngungsabschnitt 6 bildet, erstreckt sich über 60 bis 80 % des Be reiches des Gründungspfahls 2, der in den Meeresboden 10 hineinragt. Fig. 3a zeigt eine Querschnittsdarstellung des Gründungspfahls 2 aus Fig. 1 ober halb des Verjüngungsabschnitts 6 und unterhalb des Aufweitungsabschnitts 16.

Fig. 3b zeigt eine Querschnittsdarstellung des Gründungspfahls 2 aus Fig. 1 un terhalb des Verjüngungsabschnitts 6. Eingezeichnet sind eine Querschnittsfläche A und eine Wandstärke d. Die Querschnittsfläche A bezieht sich auf den gesamten Quer- schnitt des Gründungspfahls 2, einschließlich der Wand.

Für jede Stelle des Gründungspfahls 2 gilt, dass die Wandstärke d in Abhängigkeit der lokalen Querschnittsfläche A ein Mindestmaß aufweist. Das Verhältnis zwischen der Wurzel aus der Querschnittsfläche A zur Wandstärke d überschreitet einen Wert von 170, insbesondere von 120 nicht. In der vorliegenden Ausführungsform eines zy- lindrischen bzw. konischen Gründungspfahls liegen ausschließlich kreisförmige Quer schnittsflächen A vor, sodass das Verhältnis auch zwischen einem Durchmesser D und der Wanddicke d angegeben werden kann. Dieses beträgt höchstens 150, insbeson dere höchstens 120.

Bezugszeichenliste

1 Offshore-Bauwerk

2 Gründungspfahl 3 erstes Ende

4 zweites Ende

5 Aufbau

6 Verjüngungsabschnitt

7 Beschichtung 8 Wasseroberfläche

9 Meeresgrund

10 Meeresboden

11 Befestigungsmittel

12 Windenergieanlage 13 Turm

14 Gondel

15 Rotor

16 Aufweitungsabschnitt A Querschnittsfläche d Wandstärke