Schutz bei Pfahldurchrutschen

Ein Pfahldurchrutschen ist das plötzliche Absacken eines Pfahls, wenn der Boden unter ihm beim Rammen nachgibt. Welche Folgen es für den Kran hat, wie sich die Bewegung abfangen lässt und was ein POLARIS-Stoßdämpfer in einer vergleichenden Studie mit Pfahl und Hammer von zusammen 1,500 t bewirkt hat.

Von Tord Martinsen, CEO · März 2026 · Aktualisiert im September 2026 · 10 Min. Lesezeit

POLARIS, ein Offshore-Pfahlhammer und natürlich durchhängende, schlaffe Anschlagmittel zum Abfangen.

Kurzüberblick

Ein Pfahl rutscht unkontrolliert ab, wenn seine Spitze beim Rammen eine schwache Bodenschicht erreicht, deren Widerstand geringer ist als das Gewicht von Pfahl und Hammer. Beide können innerhalb von ein bis zwei Sekunden mehrere Meter absacken.
Hält der Kran den Hammer weiterhin, muss das Kranseil ihn abfangen, und auch den Pfahl, wenn beide fest miteinander verbunden sind. Bei einer starren Verbindung können nur die elastischen Dehnungen von Kran, Seil und Anschlagmitteln die Bewegung stoppen. Dadurch entsteht eine Kraftspitze.
In unserer vergleichenden CONSTELLATION-Studie mit einem Pfahl und einem Hammer von zusammen 1,500 t bei 5.0 m/s erreichte die Hakenlast bei einer starren Verbindung 37.7 MN, das 2.28-Fache der statischen Hakenlast (dynamischer Verstärkungsfaktor, DAF, von 2.28) und 154 % der sicheren Arbeitslast (SWL) des Krans. Mit einem POLARIS-Stoßdämpfer der Klasse 2,000 t erreichte sie 23.6 MN (DAF 1.43, 96 % der SWL); dabei wurden 4.98 m seines Hubs von 6.0 m genutzt.
Der Stoßdämpfer wird für das schlimmste plausible Durchrutschen ausgelegt. Maßgeblich sind die Energie der bewegten Masse, die Kraftspitze, die der Kran aufnehmen kann, und der zum Abfangen erforderliche Hub.

Beim Rammen steht der Hammer auf dem Pfahl; der Kran folgt ihm nur, mit schlaffen Anschlagmitteln. Rutscht der Pfahl ab, wird das Spiel schlagartig aufgenommen. Dann muss das Kranseil die von ihm gehaltene Last abfangen: den Hammer und, falls beide fest miteinander verbunden sind, auch den Pfahl.

Was ist ein Pfahldurchrutschen?

Offshore-Pfähle werden in einem Führungsrahmen oder Pfahlgreifer positioniert und mit einem Hydraulikhammer in den Meeresboden gerammt. Zwischen den Schlägen halten die Mantelreibung am Pfahlschaft und der Widerstand an der Spitze den Pfahl. Wenn die Spitze aus einer festeren in eine schwache Schicht gelangt, etwa in lockeren Sand oder weichen Ton unter einer festeren Schicht, kann dieser Widerstand unter das Gewicht von Pfahl und Hammer fallen. Der Pfahl beschleunigt dann unter seinem eigenen Gewicht und dem des Hammers. Bodenbohrungen und Drucksondierungen (CPTs) zeigen, wo solche Schichten liegen. Eine Analyse des Pfahldurchrutschens vergleicht den Bodenwiderstand mit dem Gewicht und ermittelt, wie weit und wie schnell der Pfahl abrutschen könnte.

Abbildung 1. Beim Rammen steht der Hammer auf dem Pfahl. POLARIS hängt mit eingefahrener Stange im Kranseil; die weichen Anschlagmittel zum Hammer sind schlaff, sodass die Hammerschläge nicht durch den Stoßdämpfer geleitet werden. Beim Durchrutschen erreicht die Pfahlspitze die schwache Schicht, und der Pfahl rutscht weiter. Der Hammer fällt, bis die Anschlagmittel straff sind. POLARIS führt einen Hub aus und hält die Kraft nahe seinem Ventileinstellwert, bis der Hammer steht. Der Fallweg des Hammers setzt sich aus dem aufgenommenen Spiel und dem Hub zusammen. Schematisch, nicht maßstabsgetreu.

Der Hub des Stoßdämpfers ist nicht die Strecke, die der Pfahl im Boden zurücklegt. Er ist die Relativbewegung zwischen den Anschlusspunkten des Stoßdämpfers, während Pfahl und Hammer abgebremst werden. Das Modell des Hebevorgangs stellt den Zusammenhang zwischen beiden Strecken her.

Die Folgen für den Kran

Eine bewegte Masse $m$ mit der Geschwindigkeit $v$ besitzt die Energie $\tfrac{1}{2} m v^2$ . Der Pfahl und der Hammer haben in der Studie zusammen eine Masse von 1,500 t und bei 5.0 m/s eine Energie von 18.75 MJ. Wenn eine Verbindung mit der Steifigkeit $k$ bei dieser Geschwindigkeit straff wird, gehen die kinetische Energie und die Arbeit, die das Gewicht während der Dehnung verrichtet, in die Dehnung der Verbindung über. Die maximale Kraft beträgt

F_{\text{peak}} = W + \sqrt{W^2 + k\,m\,v^2}

wobei $W$ das Gewicht der bewegten Masse ist. Je steifer der Lastpfad, desto höher die Kraftspitze. Hubwerk, Kranseil und Anschlagmittel sind steif. Beim Abfangen über eine starre Verbindung wirkt deshalb eine weit höhere Kraft auf den Kran als die statische Last (ein hoher DAF). Anschließend kann das Seil schlaff werden und beim erneuten Straffziehen eine Schnapplast erzeugen, während die Last ausschwingt. Ein Stoßdämpfer fügt diesem Lastpfad ein nachgiebiges Element hinzu: Seine Gasfeder baut die Kraft bis zu einem eingestellten Wert auf, und sein Ventil hält sie während des Abbremsens nahe diesem Wert.

Mit und ohne POLARIS

In unserer vergleichenden CONSTELLATION Studie CS-2026-005, bewegt sich ein Pfahl von 1,200 t mit einem fest an seinem Kopf verbundenen Hammer von 300 t bei 5.0 m/s; das Kranseil trägt bereits ihr Gewicht. Das Modell wird mit demselben Parametersatz zweimal gerechnet: einmal mit starrer Verbindung und einmal mit einem POLARIS der Klasse 2,000 t und 6.0 m Hub.

Abbildung 2. Derselbe Pfahlrutsch in zwei Berechnungen: ein Pfahl von 1,200 t und ein Hammer von 300 t bei 5.0 m/s, einmal mit starrer Verbindung und einmal mit einem POLARIS der Klasse 2,000 t mit 6.0 m Hub. Studie CS-2026-005, modelliert in CONSTELLATION.

Ergebnis	Starre Verbindung	Mit POLARIS
Maximale Hakenlast, bezogen auf die Kran-SWL von 24.5 MN	37.7 MN (154 %)	23.6 MN (96 %)
DAF am Haken, bezogen auf die statische Last von 16,553 kN	2.28	1.43
DAF unter dem Stoßdämpfer, bezogen auf die Nutzlast von 14,710 kN	2.41	1.31
Vollständig schlaffes Seil beim Nachschwingen nach dem Abfangen	2	0
Genutzter Hub	kein Stoßdämpfer	4.98 m von 6.0 m (83 %)

Der abgefederte Fall wurde mit einem unabhängigen Lösungsverfahren gegengeprüft. Da das Seil das Gewicht bereits trägt, lautet die geschlossene Lösung für diesen Fall $W + v\sqrt{k m}$ ; Sie grenzt die Kraftspitze bei starrer Verbindung auf Werte zwischen 34.2 MN mit der Eigenelastizität des Krans und 44.8 MN bei starrem Kran ein. Bei anfangs schlaffen Anschlagmitteln wäre die Kraftspitze höher. Wenn der Hammer frei auf dem Pfahl steht, fängt das Seil nur den Hammer ab. Studie zum Abfangen eines Pfahldurchrutschens lesen →

Auslegung des Stoßdämpfers

Für das schlimmste plausible Durchrutschen statt des erwarteten Falls müssen drei Anforderungen zusammenpassen:

Energie. Die kinetische Energie der bewegten Masse, wenn das Seil sie auffängt: 18.75 MJ in der Studie. Das Gewicht zieht während des Hubs weiter nach unten, daher bremst nur die Kraft oberhalb dieser Gewichtskraft die Last ab.
Kraftspitze. Die Kraft, die Kran, Seil, Anschlagmittel und Hammer aufnehmen können. Der Ventileinstellwert liegt zwischen der Gewichtskraft und dieser Grenze: In der Studie beträgt er 18.0 MN und liegt damit zwischen 14.7 MN und der Kran-SWL von 24.5 MN.
Hub. Der Weg, auf dem die Kraft oberhalb der Gewichtskraft die kinetische Energie aufnehmen kann, mit einer Reserve am Hubende. Wenn ein Stoßdämpfer auf Anschlag geht, schützt er den Kran nicht mehr.

Auf den in der Studie genutzten 4.98 m nahm der Stoßdämpfer die kinetische Energie von 18.75 MJ sowie rund 73 MJ Arbeit der Gewichtskraft auf. Unser Artikel zur Kranstoßdämpfung bietet eine erste Abschätzung des Hubs aus Energie und zulässiger Kraftspitze. Bei dem in der Studie erreichten DAF von 1.43 ergibt sie 5.85 m; die Einheit mit 6.0 m Hub nutzte 4.98 m. Anschließend bestätigt ein zeitabhängiges Modell von Kran, Anschlagmitteln, Stoßdämpfer, Hammer und Pfahl die Kraftspitze.

Pfahldurchrutschen bei der Planung berücksichtigen

Das Risiko eines Pfahldurchrutschens wird bei der Planung der Rammarbeiten bewertet. Eine Analyse der Bodendaten liefert plausible Szenarien mit jeweiliger Rutschstrecke und Geschwindigkeit. Aus den Massen von Pfahl und Hammer ergibt sich die Energie; das Lastdiagramm des Krans legt die zulässige Kraft fest. Zusammen bestimmen diese Größen die erforderliche Energieaufnahme, Kraft und den Hub des Stoßdämpfers.

Die Anschlaganordnung ist ebenso wichtig wie der Stoßdämpfer. POLARIS hängt im Kranseil; weiche Anschlagmittel verlaufen von seinem Stangenende zum Hammer. Beim Rammen hängen sie schlaff und die Stange bleibt eingefahren. So werden weder das Gewicht noch die Schläge des Hammers durch den Stoßdämpfer geleitet, und der volle Hub steht bereit, wenn der Pfahl abrutscht.

Auch das Eigengewicht des Stoßdämpfers wird im Lastdiagramm des Krans für den Hebevorgang berücksichtigt. POLARIS vereint ein kleines Gasvolumen und mittels CFD ausgelegte Ventile in einem Hydraulikzylinder, ohne externe Akkumulatoren oder Nadelventile. Dadurch bleibt er gemessen an seiner Tragfähigkeit leicht: 75 bis 4,000 t bei 1.0 bis 8.0 m Hub.

Quellen und Annahmen

Die Grundlage ist unsere CONSTELLATION Studie CS-2026-005 (Revision A, 4 August 2026): ein Pfahl von 1,200 t mit einem am Pfahlkopf befestigten Hammer von 300 t bei 5.0 m/s, wobei das Seil das Gewicht bereits trägt; ein Kran mit 24,517 kN SWL; und ein POLARIS der Klasse 2,000 t mit 6.0 m Hub und einem Ventileinstellwert von 18,000 kN. Der DAF am Haken bezieht sich auf die statische Hakenlast von 16,553 kN. Es handelt sich um eine modellierte Studie, nicht um eine zertifizierte Projektanalyse.
Die Beziehung für die Kraftspitze ergibt sich aus der Energiebilanz einer fallenden Masse, die durch eine lineare Feder abgebremst wird, sobald die Verbindung bei der Rutschgeschwindigkeit straff wird. Reale Lastpfade verhalten sich nicht linear; maßgeblich ist das Ergebnis der zeitabhängigen Berechnung.
Rutschstrecken und Geschwindigkeiten ergeben sich aus den Bodendaten des jeweiligen Standorts. Die 5.0 m/s der Studie beschreiben einen einzelnen Fall, keinen typischen Wert.

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein Pfahldurchrutschen?

Ein Pfahl sackt beim Rammen unkontrolliert ab, wenn seine Spitze eine schwache Bodenschicht erreicht, deren Widerstand geringer ist als das Gewicht von Pfahl und Hammer. Beide können innerhalb von ein bis zwei Sekunden mehrere Meter fallen. Das Kranseil muss dann den Hammer abfangen und, wenn beide fest miteinander verbunden sind, auch den Pfahl.

Wie gefährlich ist ein ungeschütztes Pfahldurchrutschen?

In unserer vergleichenden Studie mit einem Pfahl von 1,200 t und einem Hammer von 300 t bei 5.0 m/s führte die starre Verbindung zu einer Hakenlast von 37.7 MN (DAF 2.28), entsprechend 154 % der Kran-SWL. Während des Nachschwingens wurde das Seil zweimal vollständig schlaff. Die Kraftspitze in einem anderen Fall hängt von bewegter Masse, Geschwindigkeit und Steifigkeit des Lastpfads ab.

Wie schützt ein Stoßdämpfer beim Pfahldurchrutschen?

Er hängt zwischen Kranseil und Hammer. Wenn der Pfahl abrutscht und die Anschlagmittel straff werden, führt er einen Hub aus: Seine Gasfeder baut die Kraft bis zum Ventileinstellwert auf, und das Ventil hält sie während des Abbremsens nahe diesem Wert. In der Studie begrenzte POLARIS die Hakenlast auf 23.6 MN (DAF 1.43) und damit auf einen Wert innerhalb der Kran-SWL.

Wie wird der Schutz gegen Pfahldurchrutschen ausgelegt?

Auf Grundlage des schlimmsten plausiblen Durchrutschens. Bodenbohrungen und CPTs fließen in eine Analyse ein, die Rutschstrecke und Geschwindigkeit ergibt. Daraus und aus der bewegten Masse folgt die Energie. Das Lastdiagramm des Krans bestimmt die zulässige Kraft. Der Hub muss lang genug sein, damit die Kraft oberhalb der Gewichtskraft diese Energie aufnehmen kann, mit einer Reserve am Hubende. Unser Artikel zur Kranstoßdämpfung enthält eine erste Abschätzung des Hubs.

Warum hängen die Anschlagmittel vor einem Pfahldurchrutschen schlaff?

Beim Rammen steht der Hammer auf dem Pfahl, und der Kran folgt ihm nur. Schlaffe weiche Anschlagmittel halten das Gewicht und die Schläge des Hammers vom Stoßdämpfer fern. So bleibt seine Stange eingefahren und der volle Hub steht bereit, wenn der Pfahl abrutscht.

Ist Schutz gegen Pfahldurchrutschen für Offshore-Windkraft relevant?

Ja. Monopfähle werden durch geschichtete Böden gerammt. Ein Durchrutschen kann auftreten, wenn eine schwache Schicht unter einer festeren das Gewicht von Pfahl und Hammer nicht tragen kann. Auch das Eigengewicht des Stoßdämpfers zählt im Lastdiagramm des Krans; hier ist eine leichte Einheit von Vorteil.