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LagerimBauwesennachDINEN1337
ARTICLEinSTAHLBAU·NOVEMBER2009
ImpactFactor:0.22·DOI:10.1002/stab.200910101
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3AUTHORS,INCLUDING:
ChristianBraun
MAURERAG,Germany,Munich
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https://www.researchgate.net/publication/238160915_Lager_im_Bauwesen_nach_DIN_EN_1337?enrichId=rgreq-7df6e1a3-7d21-475c-810e-77f929f86ea2&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzIzODE2MDkxNTtBUzoxNTAyNjkyOTE2Njc0NTZAMTQxMjgzODQwMDA0MA%3D%3D&el=1_x_2https://www.researchgate.net/publication/238160915_Lager_im_Bauwesen_nach_DIN_EN_1337?enrichId=rgreq-7df6e1a3-7d21-475c-810e-77f929f86ea2&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzIzODE2MDkxNTtBUzoxNTAyNjkyOTE2Njc0NTZAMTQxMjgzODQwMDA0MA%3D%3D&el=1_x_3https://www.researchgate.net/?enrichId=rgreq-7df6e1a3-7d21-475c-810e-77f929f86ea2&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzIzODE2MDkxNTtBUzoxNTAyNjkyOTE2Njc0NTZAMTQxMjgzODQwMDA0MA%3D%3D&el=1_x_1https://www.researchgate.net/profile/Christian_Braun5?enrichId=rgreq-7df6e1a3-7d21-475c-810e-77f929f86ea2&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzIzODE2MDkxNTtBUzoxNTAyNjkyOTE2Njc0NTZAMTQxMjgzODQwMDA0MA%3D%3D&el=1_x_4https://www.researchgate.net/profile/Christian_Braun5?enrichId=rgreq-7df6e1a3-7d21-475c-810e-77f929f86ea2&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzIzODE2MDkxNTtBUzoxNTAyNjkyOTE2Njc0NTZAMTQxMjgzODQwMDA0MA%3D%3D&el=1_x_5https://www.researchgate.net/profile/Christian_Braun5?enrichId=rgreq-7df6e1a3-7d21-475c-810e-77f929f86ea2&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzIzODE2MDkxNTtBUzoxNTAyNjkyOTE2Njc0NTZAMTQxMjgzODQwMDA0MA%3D%3D&el=1_x_7
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849
Sonderdruck
© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische
Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Stahlbau 78 (2009), Heft
11
In Deutschland wurden die nationalen Regelungen für Lager nach
DIN 4141 und die daraufbasierenden nationalen Zulassungen
mittlerweile nahezu vollständig durch das Europäi-sche Regelwerk
DIN EN 1337 ersetzt. Diese Norm regelt die Anforderungen an die
Be-messung, konstruktive Ausbildung, Herstellung, Transport, Einbau
und Inspektion von Lagern im Bauwesen. Geregelt werden
Elastomerlager, Rollenlager, Topflager, Kipplager,Kalotten- und
Zylinderlager mit PTFE sowie Festhaltekonstruktionen und
Führungslager.Moderne, hochfeste Gleitwerkstoffe, die außerhalb des
Anwendungsbereiches der DIN EN 1337 liegen, können auf der
Grundlage von europäischen Zulassungen (ETA) ein-gesetzt werden.
Für die in Deutschland im Brückenbau am häufigsten zum Einsatz
kom-menden Lagertypen – Kalottenlager und Elastomerlager – werden
die alten und neuen Regelungen hinsichtlich des Sicherheitsniveaus
analysiert und bewertet sowie auf wei-tere Punkte hingewiesen, die
im Rahmen der geplanten Überarbeitung der NormenreiheDIN EN 1337
nochmals kritisch hinterfragt werden müssen. Die bisherigen
nationalenund derzeitigen europäischen Regelwerke gelten nur für
Lager, die nicht durch Zugkräftebeansprucht werden. Obwohl die
Vermeidung von Lagerzugkräften insbesondere imBrückenbau ein
fundamentaler Konstruktionsgrundsatz ist, können in Sonderfällen
Zug-kräfte nicht vermieden werden. Da es für Zuglager keine
normativen Vorgaben gibt, müssen an den speziellen Anwendungsfall
angepasste Bemessungs- und Konstruktions-regeln erarbeitet werden.
Anhand von Anwendungsbeispielen wird die besondere Pro-blematik bei
der Verwendung von Lagern unter Druck-Zug-Beanspruchungen
erläutert.
Structural bearings for bridges and buildings according to DIN
EN 1337. In Germany thenational design rules for bearings according
to DIN 4141 and corresponding national ap-provals are meanwhile
nearly completely replaced by the European Standard DIN EN
1337.This code specifies the requirements for design and
manufacturing of structural bearingsfor bridges and buildings. DIN
EN 1337 covers elastomeric bearings, roller bearings, potbearings,
rocker bear ings and spherical and cylindrical PTFE bearings.
Special applicati-ons, e. g. applying modern sliding elements
outside the scope of DIN EN 1337 which differfrom the technical
rules given in DIN EN 1337, can be used on the basis of European
Tech-nical Approvals (ETA). On this background for spherical
bearings and elastomeric bearingsthe new rules are analyzed and
assessed regarding the necessary safety requirementsand also point
to further items that should be inquired critically in the scope of
revision ofthe DIN EN 1337. The old National Standards as well as
the new European Standards areonly valid for bearings without any
uplift forces. Avoiding uplift forces is a fundamental de-sign prin
ciple especially within the scope of bearings for bridges. However,
in rare andworse cases it cannot be avoided that uplift forces
occur. Under these conditions the rulesin DIN 4141 and DIN EN 1337
for the design and the manufacture of bearings do not applyand
modified design rules have to be developed. This is shown by means
of two ex amples,where specially developed bearings for compression
and uplift forces were designed.
Bild 1. Für die gängigen Lagerartengibt es eigene harmonisierte
Normen-teile, so dass für die meisten der bis-her in Deutschland
über Zulassungengeregelten Lager keine besonderenLagerzulassungen
mehr erforderlichsind. In DIN EN 1337-1 wurde das inden Eurocodes
verankerte semipro-babilistische Sicherheitskonzept mitTeil
sicherheitsbeiwerten umgesetzt,wohingegen DIN 4141 auf dem
globa-len Sicherheitskonzept mit zulässigenSpannungen beruht. Im
Zuge derUmstellung des Sicherheitskonzepteswird nun in DIN EN 1337
zwischenNachweisen in den Grenzzuständender Tragfähigkeit und
Grenzzustän-den der Gebrauchstauglichkeit unter-schieden.
Bei Brückenlagern treten in denFällen, in denen z. B. von den
Rege-lungen der DIN EN 1337 „nicht nurunwesentlich“ abgewichen wird
[31],an die Stelle der nationalen Zulassun-gen europäische
technische Zulassun-gen (ETA – European Technical Ap-proval) als
technische Spezifikationen,die zur CE-Kennzeichnung führenkönnen.
Eine derartige „nicht nur un-wesentliche“ Abweichung ist z. B.
dieVerwendung eines anderen als in DINEN 1337 angegebenen
Gleitwerkstof-fes in den Hauptgleitflächen. Nebendem in DIN EN 1337
geregelten Gleit-werkstoff PTFE gibt es mittlerweilemehrere gültige
europäische Zulassun-gen für Kalottenlager mit
hochfestenGleitwerkstoffen (z. B. den Gleitwerk-stoff MSM der Firma
Maurer Söhne[9]). Diese Werkstoffe sind hinsicht-lich ihrer
Festigkeit und ihren Ver-schleißeigenschaften dem PTFE deut-lich
überlegen.
Die Struktur der DIN EN 1337 imSinne der
EU-Bauproduktenrichtlinie
Christian BraunGerhard HanswilleMarkus PorschChristian
Schürmann
Lager im Bauwesen nach DIN EN 1337Herrn em. Univ. Prof. Dr.-Ing.
Dr. h.c. Gerhard Sedlacek zur Vollendung seines 70. Lebensjahres
gewidmet
DOI: 10.1002/stab.200910101
1 Übersicht über die derzeitigen Regelwerke
1.1 Allgemeine Regelungen
Bauwerkslager sind derzeit in Deutsch-land in der Normenreihe
DIN EN 1337
[1] geregelt, die die bisherige Nor-menreihe DIN 4141 [2] und
die aufDIN 4141 basierenden Zulassungenfür Brückenlager ersetzt.
Eine Über-sicht über die aus 11 Teilen beste-hende Normenreihe
findet sich in
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850
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
ist in Bild 2 dargestellt, die so in ähn-licher Form der
Literatur [32] ent-nommen werden kann. Die Teile 3 bis8 gelten als
Produktnormen im Sinneder EU-Bauproduktenrichtlinie, dasheißt,
diese Lager dürfen zukünftigmit einem CE-Kennzeichen „in Ver-kehr
gebracht“ werden. Im Unter-schied zu anderen Sektoren bedeuteteine
CE-Kennzeichnung nach derBauproduktenrichtlinie im Bausektor
lediglich, dass das Produkt mit einerharmonisierten technischen
Spezifi-kation nach der Bauproduktenrichtli-nie übereinstimmt
(hier: z. B. mit ei-nem der Normenteile 3 bis 8 der DINEN 1337 oder
mit einer entsprechen-den europäischen Zulassung) unddass die
Angaben zur CE-Kennzeich-nung unter Einhaltung der Bestim-mungen
der harmonisierten Spezifi-kation erfolgten [31].
Da Gleitteile keine eigenständigenLager sind, sondern stets mit
einemLager nach Teil 3 bis Teil 8 zusammenhergestellt werden,
gelten Gleitteilenicht als eigenständiges Bauproduktund Teil 2
nicht als Produktnorm [32].In Bild 2 sind auch die
Koexistenzpe-rioden für die Teile 3 bis 8 aufgeführt.Eine
Koexistenzperiode ist der Zeit-raum, in dem die nationale und
dieeuropäische Norm für ein konkretesProdukt gleichrangig angewandt
wer-den dürfen und nach deren Ablauf dieAnwendung der europäischen
Normverbindlich ist. Für die Teile 3 bis 7sind die
Koexistenzperioden bereitsabgelaufen, für Teil 8 hat die
Koexi-stenzperiode Anfang 2009 begonnen.Aus diesem Grund gilt
derzeit inDeutschland ersatzweise für Teil 8noch DIN V 4141-13 in
der derzeiti-gen gültigen Fassung vom November2008 [7]. In dieser
Norm ist insbe-sondere die in Deutschland z. B. beiElastomerlagern
übliche Stahl-Stahl-Paarung für die Übertragung von
Ho-rizontalkräften geregelt.
Nach Bild 2 stellt sich DIN EN 1337 als (äußerlich) formal
streng
Teil 1: Allgemeine Regelungen, Februar 2001 (DIN EN
1337-1:2001-02)
Teil 2: Gleitteile, Juli 2004 (DIN EN 1337-2:2004-07)
Teil 3: Elastomerlager, Juli 2005 (DIN EN 1337-3:2005-07)
Teil 4: Rollenlager, August 2004 (DIN EN 1337-4:2004-08)
Teil 4: Rollenlager
Berichtigungen zu DIN EN 1337-4:2004-08, Mai 2007 (DIN EN 1337-4
Ber 1:2007-05)
Teil 5: Topflager, Juli 2005 (DIN EN 1337-5:2005-07)
Teil 6: Kipplager, August 2004 (DIN EN 1337-6:2004-08)
Teil 7: Kalotten- und Zylinderlager mit PTFE, August 2004 (DIN
EN 1337-7:2004-08)
Teil 8: Führungslager und Festpunktlager – Baustoffe,
Anforderungen, Prüfungen und Überwachung,
Januar 2008 (DIN EN 1337-8:2008-01)
Teil 9: Schutz, April 1998 (DIN EN 1337-1:1998-09)
Teil 10: Inspektion und Instandhaltung, November 2003 (DIN EN
1337-10:2003-11)
Teil 11: Transport, Zwischenlagerung und Einbau, April 1998 (DIN
EN 1337-11:1998-04)
DIN
EN
133
7 L
ager
im B
auw
esen
Bild 1. Übersicht über DIN EN 1337Fig. 1. Overview of DIN EN
1337
EN 1337-1
Allgemeine Regelungen
EN 1337-9
Schutz
EN 1337-10
Inspektion und Instandhaltung
EN 1337-11
Transport, Zwischenlagerung
und Einbau
EN 1337-2
Gleitteile
Gle
itla
ger
Da
chn
orm
en
har
mo
nis
iert
e eu
rop
äisc
he
Pro
du
ktn
orm
en
(hE
N)
Inhalt sind allgemeingültige Regelungen, die nur durch
entsprechende Verweise in den harmonisierten Produktnormen (hEN)
Verbindlichkeit erlangen.
Die Konformität von Lagern mit diesen Normen ist Voraussetzung
für die CE-Kennzeichnung sowie das Inverkehrbringen und den freien
Warenverkehr solcher Bauprodukte im Europäischen Wirtschaftsraum
(EWR).
Teil 2 der EN 1337 konnte nicht als harmonisierte Produktnorm
konzipiert werden, da lediglich Regelungen zu Lagerkomponenten, die
nicht als eigenständige Bauprodukte anwendbar sind, enthalten sind.
Die auf-geführten Lagerkomponenten sind dennoch Gegenstand des
Konformitätsnachweisverfahrens und der CE-Kennzeichnung, da bei
ihrer Kombination mit einem Lager nach den harmonisierten
Produktnormen (hEN) in der CE-Kennzeichnung des so entstehenden
Gleitlagers auf den Teil 2 ausdrücklich Bezug zu nehmen ist.
EN 1337-Teil 7
Kalotten- und Zylinderlager mit
PTFE
EN 1337-Teil 6
Kipplager
EN 1337-Teil 8
Führungslager und
Festpunktlager
EN 1337-Teil 5
Topflager
EN 1337-Teil 4
Rollenlager
EN 1337-Teil 3
Elastomerlager
(01.01.06 – 01.01.07) (01.02.05 – 01.02.06) (01.01.06 –
01.01.07) (01.02.05 – 01.02.06) (01.12.04 – 01.06.05) (01.01.09 –
01.01.10)
(Koexistenzperioden)
Bild 2. Struktur der DIN EN 1337 im Sinne der
EU-Bauproduktenrichtlinie [30], [32] Fig. 2. Structure of DIN EN
1337 in terms of the EU Construction Products Directive (CPD) [30],
[32]
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851Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
hierarchisch strukturiert dar, dies wirdjedoch inhaltlich nicht
in allen Fällenunterstützt. Während nach Bild 2 beider Bemessung
und Konstruktion vonKalottenlagern mit Festhaltung ledig-lich auf
die Teile 1, 2 und 7 Bezug ge-nommen werden müsste, sind tat
säch-lich auch die Teile 5 und 8 (bzw. DINV 4141-13) zu
berücksichtigen. Dazukommt, dass es zwischen den Nor-menteilen kein
einheitlich durchgän-giges und mit den übrigen
Eurocodesharmonisiertes Bezeichnungssystemgibt [33]. Zwischen Teil
2 und Teil 7ist keine klare Abgrenzung gegebenund darüber hinaus
sind die Normen-teile teilweise nicht widerspruchsfrei.Auf
spezielle Punkte wird nachfol-gend noch eingegangen.
Neben DIN EN 1337 gibt es inDeutschland ergänzende Regelungenfür
Lager, die in speziell entwickeltenAusstattungszulassungen (z. B.
[10])für Brückenlager mit CE-Kennzeich-nung der Lagerhersteller
zusammen-gefasst sind. Dabei handelt es sich umRegelungen zu
Ausstattungselementen,die bislang maßgeblich in den natio-nalen
bauaufsichtlichen Zulassungenund den LAG-Richtzeichnungen
ge-fordert wurden, jedoch nicht Gegen-stand der DIN EN 1337 sind,
da dieAusstattungen zum Einbau der Lagerunterschiedlich gehandhabt
werden.Im Rahmen der alten nationalen Zu-lassungen unterlagen diese
Ausstat-tungen einer Überwachung. Der maß -gebliche Inhalt der
neuen Ausstat-tungszulassungen ist in Bild 3 grafischdargestellt.
Da die Ausstattung eines
nach DIN EN 1337 bemessenen, kon-struierten und ausgeführten
Brücken-lagers nicht vollständig in der Nor-menreihe DIN EN 1337
oder in ande-ren Normen geregelt ist, darf einLager, welches ein
EC-Konformitäts-zertifikat mit der entsprechenden har-monisierten
Produktnorm nach Bild 2besitzt, zwar mit einer CE-Kennzeich-nung
versehen und in Verkehr gebrachtwerden, jedoch in Deutschland
nichteingebaut werden. Diese Regelungs-lücke wird nunmehr in
Deutschlanddurch die zuvor erwähnten Ausstat-tungszulassungen
geschlossen [32].
Für den Bereich des BMVBS sindalle Teile der DIN EN 1337 –
ausge-nommen Teil 8 – eingeführt. Die der-zeitigen Regelungen sehen
vor, dass dieVerwendung von Lagern nach DINEN 1337 bzw. von Lagern,
die vonDIN EN 1337 maßgeblich abweichen(z. B. Lager mit besonderem
Gleit-werkstoff), deren Verwendbarkeits-nachweis jedoch durch eine
allge-meine bauaufsichtliche Zulassung(Ü-Kennzeichnung) oder eine
euro -päische technische Zulassung (CE-Kennzeichnung) erbracht
wurde [13],an das Vorhandensein einer zugehöri-gen
Ausstattungszulassung gebundenist. Letztere führt zu einem
Ü-Zei-chen der Ausstattung in Verbindungmit dem CE-Zeichen für die
Lager,die durch entsprechende Überein-stimmungszertifikate und
EC-Kon-formitätszertifikate der Prüf-, Über-wachungs- und
Zertifizierungsstellenbestätigt werden. Formal stehen
dieseAnforderungen im Widerspruch zur
Bauproduktenrichtlinie. Für Eisen-bahnbrücken gelten die in [12]
und[46] angegebenen Regelungen. Vordiesem Hintergrund lässt sich
dieEinbettung der DIN EN 1337 in dasderzeitige nationale
Regelwerkskon-zept wie in Bild 4 darstellen.
Nach Einführung der DIN-Fach-berichte war eine Überarbeitung
desAnhangs O des DIN-Fachberichtes101 notwendig geworden, da die
imAnhang O getroffenen Festlegungenzu den Bewegungen von Lagern
undFahrbahnübergängen auf der Grund-lage der charakteristischen
Einwir-kungskombination des Grenzzustan-des der
Gebrauchstauglichkeit basier-ten und die Lagerkräfte
davonabweichend auf der Grundkombina-tion des Grenzzustandes der
Trag-fähigkeit. Diese Inkonsistenz wurdezwischenzeitlich durch die
3. Auflagedes DIN-Fachberichtes 101 (Ausgabe2009) [3] beseitigt.
Lagerwege undLagerkräfte basieren nach den neuenRegelungen
übereinstimmend aufdem Grenzzustand der Tragfähigkeitund sind damit
kompatibel zu denRegelungen der DIN EN 1337.
2 Grundlagen für die konstruktive Ausbildung und Bemessung von
Kalottenlagern
2.1 Ausführungsvarianten
Bei Kalottenlagern nach Bild 5 handeltes sich um Lager, die aus
einer Träger-platte (Lagerunterteil) mit konkav-ku-geliger
Oberfläche, einem Verdre-hungselement (Kalotte) mit plan-kon-
Bild 3. Wesentlicher Inhalt der bauaufsichtlichen
Ausstattungszulassungen (z. B. [10]) für Brückenlager mit
CE-Kennzeichnung Fig. 3. Content of National Approval for the
equipment (e. g. [10]) for bridge bearings with CE-marking
Verankerungen
Schutzeinrichtungen
Verschiebungsanzeiger
Beschriftung
Anker- und Futterplatten
Brückenlagerausstattung von Brückenlagern mit CE-Kennzeichnung
(z.B. nach der bauaufsichtlichen Zulassung Z-16.7-445)
Voreinstellung
Montagesicherung
Dreistiftmessebenen
Anschlagpunkte
7
9
6
6
8 5
14
3
2
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
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852
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
[26]. Als Gegenwerkstoff hat sich ge-schliffener,
hochglanzpolierter aus-teniti scher Stahl 1.4401 (X5 CrNiMo17-12-2)
bzw. 1.4404 (X2 CrNiMo 17-12-3) und für gekrümmte Gleit-flächen
hartverchromter Stahl bewährt.Zur Schmierung der Gleitflächen
wirdlithiumverseiftes Siliconfett in Brücken-lagerqualität
verwendet.
Wie Bild 5 zeigt, sind die PTFE-Scheiben der ebenen und der
ge-
krümmten Gleitfläche zu diesemZweck mit Schmiertaschen (∅ 8
mm,Tiefe 2 mm) ausgeführt, die auf jedem2. Punkt eines
rechtwinkligen Rastersmit 7,5 mm bzw. 13,5 mm Abstandversetzt sind
und die bei Zusammen-bau vollständig mit Schmierstoff ge-füllt
werden. Zusätzlich werden dieGleitflächen der Gegenkörper mit
ei-nem dünnen Schmierfilm versehen.Die im PTFE eingeprägten
Schmier-
RKLGlbl
Db
DPTFE,K
LGlpl
DK DPTFE,e
tb,min
tGlpl
hKtb
Gleitplatte
Gleitblech
PTFEKalotte
Trägerplatte (Lagerunterteil)PTFE
hartverchromte Gegenfläche
Schmiertasche
Schmiertasche
tp
tp
tGlbl
hK
hG
(Kip
pspa
lt)h1
Hauptbewegungsrichtung(Schmiertaschenüberdeckung)
hG
hK
z x
(Gleitplatten-Gleitspalt)
hKhG
(Kalotten-Gleitspalt)
13.5
15.02.0
8.0
[mm]
t1
t1scharfkantig
scharfkantig
y
Bild 5. Ausführungsbeispiel eines allseits beweglichen
PTFE-Kalottenlagers (P2)Fig. 5. Example for a typical spherical
bearing (PTFE) with multidirectional sli-ding part (P2)
vexer Oberfläche und einer ebenenGleitplatte bestehen [20] bis
[24], [28],[29]. Bei diesem Lagertyp wird eineKippbewegung
ausschließlich durchGleiten der oberen Gleitplatte auf derKalotte
und durch Gleiten der Kalotteauf dem Lagerunterteil realisiert.
Einezwängungsarme Verdrehung wird da-durch erreicht, dass in den
beidenGleitflächen Gleit- und Gegenwerk-stoffe mit günstigem
Reibungsverhal-ten eingesetzt werden. Zur Gewähr-leistung
langjährig günstiger tribolo-gischer Eigenschaften kommt
derDauerhaftigkeit der Gleitwerkstoffeund der Abdichtung der
Gleitflächengegen Verschmutzung eine besondereBedeutung zu.
Hinsichtlich der Ausführung vonKalottenlagern werden drei Arten
un-terschieden:– allseits bewegliches Kalottenlager(KGa) – Typ P2 –
Symbol: – einseitig bewegliches Kalottenlager(KGe) – Typ P1 –
Symbol: bzw. – allseits festes Kalottenlager (KF) –Typ P –
Symbol:
Die Eigenschaften eines Kalot-tenlagers werden maßgeblich von
denEigenschaften der Gleitwerkstoffe be-stimmt. Als Gleitwerkstoff
hat sich derteilkristalline Thermoplast Polytetra -fluorethylen
(PTFE) als besonders ge-eignet erwiesen, da dieser Werkstoffneben
chemischer Beständigkeit sichvor allem durch ein günstiges
Reibungs-und Tragverhalten auszeichnet [25],
DIN
EN
133
7 (n
ur
Tei
le 1
-7, 9
-11)
Lag
er im
Bau
wes
en
VHFL-Richtlinien 1 (05/1994) und 2 (01/2001)
Allgemeine Rundschreiben Straßenbau (ARS)(in: BMVBS, Sammlung
Brücken- und Ingenieurbau – Verwaltung ARS (04/2008))
Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen (ETA) z.B.:
Kalottenlagerzulassung (z.B. ETA-06/0131 –
Kalottenlager mit besonderem Gleitwerkstoff)
Richtzeichnungen Lag1 bis Lag13(in: BMVBS, Sammlung Brücken- und
Ingenieurbau – Entwurf RiZ-ING (04/2008)) DIN 18800-7:2008-11
Stahlbauten; Ausführung und Herstellerqualifikation
Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für
Ingenieurbauten (ZTV-ING) (12/2007)
DIN-Fachbericht 102 (3/2009) – Betonbrücken
DIN-Fachbericht 103 (3/2009) – Stahlbrücken
DIN-Fachbericht 104 (3/2009) – Verbundbrücken
Eisenbahntechnische Liste Technischer Baube-stimmungen (ELTB)
(09/2009)
Richtlinie 804 – Eisenbahnbrücken (und sonstige
Ingenieurbauwerke) planen, bauen und instand-halten (05/2003)
DIN V 4141-13: 2008-11Festhaltekonstruktionen und
Horizontalkraftlager – Bau-liche Durchbildung und Bemessung
(Entwurf)
DIN-Fachbericht 101 (3/2009) - Einwirkungen auf Brücken
Lagerausstattungszulassungen des DIBt für Brückenlager mit
CE-Kennzeichnung (AbZ) z.B.: Z–16.7-445- Ausstattung von
Maurer-Brückenlagern
mit CE-Kennzeichnung
Bild 4. Einbettung der derzeitig gültigen Fassung der DIN EN
1337 (ohne Teil 8) in das nationale Normen-
undRegelwerkskonzeptFig. 4. DIN EN 1337 (without Part 8) within the
scope of national design rules
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853Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
taschen sorgen aufgrund der damitverbundenen
Schmierstoffspeicherungdafür, dass der Schmierstoff langzeitigin
der Gleitfläche verfügbar ist. Versu-che an PTFE-Modelllagern [20],
[22],[24] mit unterschiedlicher Anordnungder Schmiertaschen zeigen,
dass dieHöhe der Gleitreibungszahl maßgeb-lich von der Richtung der
Gleitbewe-gung zur Anordnung der Schmierta-schen abhängig ist. Die
geringstenGleitreibungszahlen werden dann er-zielt, wenn die
Schmiertaschen in Be-zug auf die Hauptgleitrichtung so ver-setzt
angeordnet sind, dass es zu einerSchmiertaschenüberdeckung
kommt.
Durch die Struktur und den Auf-bau der Molekülketten weist der
ther-moplastische Werkstoff PTFE unterLast eine relativ hohe
Neigung zumKriechen und zum Fließen auf. Inungekammerter Form kann
deshalbPTFE (weiß) nur bis zu einer Flächen-belastung von 7 N/mm2
belastet wer-den. Die Formstabilität lässt sich je-doch durch
Kammerung des Werk-stoffes so verbessern, dass für PTFE
inBrückenlagerqualität in den Haupt-auflagerflächen ein
charakteristischerWert der Druckfestigkeit (Fraktilwertder
Festigkeit, bei der nach 48 h keineweiteren Kriechverformungen
mehrauftreten) fk = 90 N/mm2 bei Bean-spruchungen aus ständigen und
ver-änderlichen Lasten in Rechnung ge-stellt werden kann. Zur
Erzielungsolch hoher Pressungen müssen diePTFE-Scheiben nahezu
spielfrei in
eine scharfkantige Stahlfassung ein-gesenkt werden und für das
Verhält-nis der Einsenkung (t1) zur Spalthöhe(hK bzw. hG – PTFE
Überstand) istt1/hK ≤ 1,2 bzw. t1/hG ≤ 1,2 einzuhal-ten.
Aus dem in Bild 5 dargestelltenLagertyp wird durch Anordnung
zu-sätzlicher paralleler Führungsleisten,durch die die
Bewegungsmöglichkeitder Gleitplatte gegenüber dem Lager-unterteil
eingeschränkt wird, aus ei-nem allseits beweglichen Kalottenla-ger
ein einseitig bewegliches Kalot-tenlager, welches die
Übertragungvon Horizontallasten vom Überbau inden Unterbau quer zur
freien Bewe-gungsrichtung des Lagers ermöglicht.Ein typisches
Beispiel für ein solchesquerfestes Lager zeigt Bild 6. Bei
derAusbildung der Seitenführung ist dar-auf zu achten, dass eine
Kippbewe-gung des Lageroberteils gegenüberdem Lagerunterteil
kinematisch mög-lich ist und dass analog zu den Gleit-bewegungen in
der ebenen und dergekrümmten Gleitfläche die Reibungs-widerstände
in den Gleitflächen derFührungsleisten dauerhaft niedrig blei-ben.
Aufgrund von Fertigungstoleran-zen kommt es in den
Seitenführungenzu einem unvermeidlichen Lagerspielx, welches sowohl
nach den nationa-len als auch nach den europäischenRegelungen im
Auslieferungszustand(Neuzustand) eines Lagers maximaljeweils 1 mm
betragen darf. Das La-gerspiel erlaubt geringfügige Verdre-
hungen des Lageroberteils gegenüberdem Lagerunterteil, so dass
aus einerkleinen Überbauverdrehung um diez-Achse (Vertikalachse)
keine Zwangs-beanspruchungen infolge einer Ein -spannwirkung
resultieren. Anderer-seits kann das Lagerspiel jedoch dazuführen,
dass sich bei einer Anordnungmehrerer Lager mit
gleichgerichteterFesthaltung die Lager nicht mehrgleichzeitig am
Horizontallastabtragbeteiligen, so dass es in Abhängigkeitdes
Lagerungsschemas zu einer un-gleichmäßigen Verteilung der
hori-zontalen Lagerkräfte kommen kann.Bei der Planung des
Lagerungssche-mas eines Brückenbauwerkes ist da-her die Wirkung des
(unvermeidba-ren) Lagerspiels zu berücksichtigen.Im ungünstigsten
Fall, z. B. bei zu-nehmendem Lagerspiel infolge vonVerschleiß und
bei einer Anordnungmehrerer längsfester Kalottenlager ineiner
Brückenachse sollte auf der si-cheren Seite liegend jede
Längsfest-haltung für die volle Horizontallastbemessen werden. Eine
Alternativestellen hier justierbare Führungen mitMSM dar. Diese
können, falls erfor-derlich, vorgespannt (spielfrei)
undnachjustierbar ausgeführt werden.Andernfalls sind genauere
Untersu-chungen unter Berücksichtigung desLagerspiels und der
Nachgiebigkeitdes Überbaus und der Unterbautenerforderlich. Die
Größe des vorhan-denen Lagerspiels sollte daher in
denPlanungsunterlagen vorgegeben wer-den und grundsätzlich in dem
Lager-protokoll vermerkt werden.
Wird anstatt der parallelen Füh -rungsleisten ein kreisrunder
Arretie-rungsring ausgeführt, so entsteht auseinem allseits
beweglichen Kalotten-lager ein festes Kalottenlager. Ein ty-pisches
Beispiel für ein festes Kalot-tenlager ist in Bild 7 dargestellt.
Die-ses Lager überträgt nach Überwindungdes Lagerspiels über die
stählerne An-schlagfläche zwischen dem Lagerober-und dem
Lagerunterteil Horizontal-kräfte aus beliebiger Richtung und
er-möglicht dabei wie bereits das allseitsbewegliche Kalottenlager
eine Ver-drehung des Überbaus um alle dreiAchsen x, y (in
Blattebene hinein) undz (Vertikalachse).
Die in den Gleitflächen auftre-tenden Relativbewegungen führen
zueinem Verschleiß der an den Gleitvor-gängen beteiligten
Gleitpartner (z. B.tribologisches System bestehend aus
RK
Bb
DPTFE,K
LGlpl
DK, DGlbl DPTFE,e
tb,min
tGlpl
hKtb
Gleitblech
PTFEKalotte
Trägerplatte (Lagerunterteil)PTFE
PTFE
Gle
itb
lech
Kip
ple
iste
hartverchromte Gegenfläche
Lageroberteil
Trägerplatte (Lagerunterteil)
Lageroberteil
PTFE-Streifen gekammert in Kippleiste
Trägerplatte mit Kalotte
Sei
ten
-fü
hru
ng
Seitenführung mit GleitblechPTFE
Kippleisten
xx
z
h1
x
y
Bild 6. Typische Ausführung eines einseitig festen
Kalottenlagers (P1)Fig. 6. Example for a typical spherical bearing
with restraint for one axis (P1)
-
854
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
PTFE – Siliconfett – austenitischesGleitblech), woraus bei
PTFE-Lagernu. a. eine Abnahme der Dicke (tp)der PTFE-Scheiben
resultiert. Daherkommt bei der Beurteilung der
Funk-tionstauglichkeit und der (Rest-)Le-bensdauer von
Kalottenlagern denGleitspalthöhen (hG bzw. hK nachBild 5) und den
Kippspalthöhen (h1)bei der Überwachung eine besondereBedeutung zu.
Die für die Kontrollevorgesehenen Messstellen sind nachden Angaben
der RichtzeichnungenLag2 und Lag3 [15] im Kalottenrandoder auf dem
Lagerunterteil beson-ders zu kennzeichnen. Bei allseits
be-weglichen und bei querfesten Kalot-tenlagern (KGa und KGe) ist
es aufGrund der Zugänglichkeit der Gleit -ebenen möglich, mit Hilfe
von Fühler-und Teleskoplehren sowohl den Gleit -spalt als auch den
Kippspalt zu mes-sen. Bei festen Kalottenlagern mussjedoch beachtet
werden, dass der um-
laufende Anschlag eine Inspektion derebenen und der gekrümmten
Gleit-fläche verhindert, so dass bei diesemLagertyp nur eine
Kippspaltmessungmöglich ist, mit der nur auf den mitt-leren Zustand
der beiden Hauptgleit-flächen geschlossen werden kann. Inden
derzeitigen Regelwerken sind keineeindeutigen Regelungen zur
Berück-sichtigung der Verformungseinschrän-kung (Verdrehkapazität)
durch Ab-nutzung des PTFE’s enthalten. Hierzuwerden von den
Lagerherstellern teil-weise (auf Erfahrungen basierende)Zuschläge
berücksichtigt.
Alle zuvor erwähnten Kalotten-lagertypen können sowohl wie in
denBildern 5 bis 7 dargestellt mit obenliegender Gleitplatte oder
in umgedreh-ter Lage mit unten liegender Gleit-platte eingebaut
werden. Dies ist ins-besondere dann sinnvoll, wenn imÜberbau keine
großen Lagerwege auf-genommen werden können. In diesem
Fall ist bei den beweglichen Lagernnoch größerer Wert auf den
Schutzder ebenen Gleitfläche gegenüber Ver-schmutzung zu legen.
2.2 Kombination (Paarung) von Gleitwerkstoffen
Nach DIN EN 1337 dürfen die in Ta-belle 1 aufgeführten
Werkstoffe kom-biniert werden. Dabei muss bei derWahl der
Gleitpartner zwischen derebenen und der gekrümmten Gleit-fläche und
zwischen Führungen un-terschieden werden. Während in denebenen
Gleitflächen die Gegenflächenausschließlich aus austenitischem
Stahlbestehen müssen, darf in den ge-krümmten Gleitflächen darüber
hin-aus geschmiertes PTFE mit Hart-chrom und Aluminium
kombiniertwerden. In Führungen ist neben derVerwendung von PTFE
auch dieVerwendung der Mehrschichtenwerk-stoffe CM1 (DU-B) und CM2
möglich.Da diese jedoch im Gegensatz zuPTFE, welches eine
elastoplastischeBettung ermöglicht, nur eine sehrkleine
Nachgiebigkeit in Dickenrich-tung besitzen, dürfen diese nur
ver-wendet werden, wenn sich die zusam-menwirkenden Lagerbauteile
selber indie Verschiebungsrichtung einfluch-ten können. Aufgrund
der mit demLagerspiel verbundenen Klaffung derGleitflächen in
Führungen und auf-grund der Zwangslage des PTFE(i. d. R. vertikale
Anordnung) wird indiesem Fall das PTFE grundsätzlichohne
Schmiertaschen ausgeführt. Aufdas Führungsgleitmaterial (d. h.
auchauf die Mehrschichtenwerkstoffe) wirdlediglich eine
Einlaufschmierung auf-gebracht, in dem die Oberflächen miteiner
geringen Menge Schmierstoffeingerieben werden und der Rest
ab-gewischt wird. Die in den Zulassungenfür Kalottenlager
vorgesehene Ver-wendbarkeit von „Chemisch
Nickel“(Nickel-Phosphor-Legierung) als Ge-
Tabelle 1. Zulässige Kombination von Gleitwerkstoffen für die
Langzeit-Anwendung von Gleitflächen nach DIN EN 1337-2bzw. DIN EN
1337-8 Table 1. Combination of sliding materials in sliding
surfaces according to DIN EN 1337-2 and DIN EN 1337-8
ebene Gleitfläche gekrümmte Gleitfläche Führungen
austenitischer PTFE ohne
PTFE mit austenitischer PTFE mitStahl Schmiertaschen
austenitischerSchmiertaschen Stahl Schmiertaschen Hartchrom CM1
Stahl
Aluminium CM2
RK
D3
Du
D2
bo
c‘
h
cc
r1
DK , DGlbl
DPTFE
Lageroberteil
Gleitblech
PTFEKalotte
Trägerplatte (Lagerunterteil)
Arr
etie
run
g(S
tah
l/Sta
hl)
PTFE
hartverchromte Gegenfläche
Trägerplatte (Lagerunterteil)
Kalotte - Lageroberteil
Kalotte
PTFE
Anschlagfläche
(c halbe Berührungshöhe)
(jeweils mit Schmiertaschenabdruck der PTFE-Scheiben)
x x
h1z x
y
Bild 7. Typische Ausführung eines festen Kalottenlagers (P)Fig.
7. Example for a typical spherical bearing with restraints for both
lateral axes (P)
-
855Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
genwerkstoff in der gekrümmten Gleit-fläche ist nach
europäischen Regelun-gen nicht mehr möglich.
Bei der Werkstoffwahl der Ge-genfläche ist zu beachten, dass
einehartverchromte Schicht nicht bestän-dig gegen Chlorionen in
saurer Lö-sung und gegen Fluorionen ist unddurch feste Partikel in
der Luft be-schädigt werden kann. Liegen solcheRandbedingungen, wie
z. B. in Indu-striegegenden vor, müssen besondereMaßnahmen zum
Schutz der Ober-fläche getroffen werden, da die Funk-tion des
Lagers durch Lochfraß beein-trächtigt werden kann. Wie Tabelle
1zeigt, ist die Anwendung einer Hart-chromschicht auf die
gekrümmteGleitfläche beschränkt. Zum einen,weil die gekrümmte
Gleitfläche beiKalottenlagern nahezu vollständigüberdeckt ist und
zum anderen, weilsich die Kalotte selbst bei voller Aus-nutzung der
zulässigen PTFE-Pres-sungen nahezu starr verhält.
2.3 Zur Frage der Kraftübertragung überHertzsche Pressung in
Stahl-Stahl-Anschlagflächen
Wie Bild 7 zeigt, wird bei festen Ka-lottenlagern die
Horizontalkraft vomLageroberteil an das Lagerunterteilunter
Ausnutzung Hertzscher Pres-sung über unmittelbaren Kontakt
dermechanisch bearbeiteten stählernenAnschlagflächen realisiert.
Nach [27]muss in diesem Fall der Abstand vomtheoretischen
Berührungspunkt zumfreien Rand etwa das 2 bis 2,5-facheder
rechnerischen Berührungshöhe be-tragen. In DIN EN 1337 findet sich
zudiesem Randabstand keine Regelung.Zudem ist nicht geregelt, wie
beimEingriff des Lagerunterteils in das La-geroberteil (Abstand c‘
nach Bild 7)die in DIN EN 1337-1, 5.4 gefordertenadditiven
Verdrehzuschläge berück-sichtigt werden müssen. Obwohl essich bei
diesem Lagertyp um einStandardlager handelt, werden in derPraxis
aufgrund der unklaren Nor-mensituation an dieser Stelle oft
unter-schiedliche Berechnungsansätze ver-wendet, die zu einer
deutlichen Über-beanspruchung der Anschläge führenkönnen.
Dass es im Bereich des Stahl-Stahl-Anschlages von
Kalottenlagernzu Schäden kommen kann, zeigen dieersten Ergebnisse,
die im Rahmen vonzur Zeit durchgeführten Bauwerks-
und Lageruntersuchungen an zwei1999 errichteten Bogenbrücken
beiLadbergen im Zuge der A1 über denDortmund-Ems-Kanal gewonnen
wur-den [19]. Es handelt sich dabei je-weils um eine schiefwinklige
stählerneStabbogenbrücke (Kreuzungswinkel42,57 g) mit einer
Spannweite von104 m und einer Breite 20 m, die un-ter den
Hauptträgern auf Kalottenla-gern der Typen KGA, KGe und KF
ge-lagert ist. Bei diesen Brücken ist zuerwarten, dass bereits im
Jahr 2011die ersten Kalottenlager aufgrundhoher Abtragungsraten des
PTFE inden Hauptgleitflächen als Folge über-durchschnittlich hoher
Gleitwege aus-getauscht werden müssen. Darüberhinaus kommt es an
den Festlagern beinahezu jeder LKW-Fahrt zu Geräusch-entwicklungen
des Lagers, die durchRelativbewegungen des Lageroberteilsgegenüber
dem Lagerunterteil in derstählernen Anschlagfläche hervorge-rufen
werden. Nach Entfernen der indem Kippspalt eingelegten
Dichtungwurde in dem Bereich der Anschlag-flächen erwartungsgemäß
erheblicherAbrieb (d. h. große Mengen an Me-tallpulver)
festgestellt. VergleichbareSchäden wurden in den Niederlan-den an
hochbeanspruchten Kalotten-lagern an der Brücke Hagestein
[47]festgestellt.
Diese Erkenntnisse müssen imZu sammenhang mit den Regelungenzu
den Reibungskoeffizienten fürStahl-Stahl-Anschlagflächen
gesehenwerden. Anstatt einer einheitlichen Re-gelung variiert der
Reibungskoeffizientje nach Lagertyp zwischen 0,2 (für
Ka-lottenlager) und 1,0 (für die Stahl-Stahl-Anschlagflächen bei
Elastomer-lagern). Angesichts der
festgestelltenVerschleißerscheinungen muss vermu-tet werden, dass
der für Kalotten- undauch für Topflager in den
Regelwerkenverankerte Reibungskoeffizient (μ =0,2) für die
Bestimmung der Rückstell-momente infolge der Reibungskräfte inden
Anschlagflächen zu niedrig ist. Beieiner Revision der DIN EN 1337
soll-ten darüber hinaus Festlegungen zurHöhe der zulässigen
Hertzschen Pres-sungen und zur zu lässigen Größe
derLagerverdrehungen unter Gebrauchs-lasten ergänzt werden, um
nennens-werten Verschleiß an den Anschlag-flächen zu vermeiden. Vor
diesem Hin-tergrund besteht für die Beurteilungvon
Stahl-Stahl-Anschlagflächen wei-terer Forschungsbedarf.
2.4 Verwendung moderner hochfesterGleitwerkstoffe
Die modernen hochfesten Gleitwerk-stoffe weisen auch bei hohen
Gleit-wegen nur sehr geringe Abtragungsra-ten auf und die
Druckfestigkeit desMaterials übersteigt die Druckfestig-keit des in
DIN EN 1337 geregeltenWerkstoffes PTFE um nahezu dasZweifache.
Diese Eigenschaften ha-ben dazu geführt, dass sich
hochfesteGleitwerkstoffe in Deutschland mitt-lerweile zum
Standardgleitmaterial inGleitteilen von Brückenlagern ent-wickelt
haben.
Die gegenüber dem PTFE erheb-lich höheren Druckfestigkeiten
führenbei gleichen Lagereinwirkungen imVergleich zu
PTFE-Kalottenlagern zudeutlich geringeren Durchmessernder
Gleitwerkstoffscheiben, so dassvor diesem Hintergrund die
Außen-abmessungen der Lager kleiner ausge-führt werden können. In
diesem Fallist bei der Bemessung der Lager undder angrenzenden
Bauteile jedoch zuberücksichtigen, dass kleinere Lager
-außenabmessungen zu deutlich grö -ßeren Pressungen in den
Lagerfugenund damit zu erheblich höheren Be-anspruchungen und
Verformungen derangrenzenden Bauteile im Bereich derLager führen
können. Die Erfahrun-gen mit MSM-Kalottenlagern zeigen,dass bei
einer vollen Ausnutzung derneuen Gleitwerkstoffgeneration auf-grund
der konzentrierteren Übertra-gung der Lasten in vielen Fällenhöhere
Betonfestigkeitsklassen erfor-derlich sind. Zudem kommen zur
Er-zielung ausreichender Lastverteilungin zunehmendem Maße für die
Lager-bauteile Bleche mit Dicken von über100 mm zum Einsatz. Aus
diesemGrund kann es aus wirtschaftlichenGründen sinnvoll sein, die
hochfestenGleitwerkstoffe nicht voll auszunut-zen. Zur Vermeidung
von Lagerschä-den, die nicht aus falscher Konstruk-tion der Lager
resultieren, sondern ausfehlerhafter Lastweiterleitung kommtim
Rahmen der Bemessung in vielstärkerem Maße als bisher den
Nach-weisen der Lasteinleitung der Lager-kräfte in die angrenzenden
Bauteileund insbesondere den Nachweisender Verformung der
Gleitplatten bzw.der Lagerunterteile zur Wahrung ei-nes
funktionsgerechten Gleitspaltesund hinreichend gleichmäßiger
Gleit-werkstoffpressungen eine besondere
-
856
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Bedeutung zu. Im Rahmen des Lager-einbaus ist noch stärker als
bisher aufeine ordnungsgemäße Herstellungder Fugen zu den an die
Lager an-grenzenden Bauteilen zu achten. DieEignung des
Herstellungsverfahrensund des für den Einbau der Lager
ver-antwortlichen Personals (Qualifika-tionsnachweis: TZEN-Schein)
sollteim Zweifel durch entsprechende Bau-stellenvorversuche
überprüft werden.
Der Einsatz der modernen hoch-festen Gleitwerkstoffe ist nicht
nurbei neuen Lagern vorteilhaft, sondernkann auch bei bereits
eingebautenLagern zweckmäßig sein, bei denenein zu hoher Verschleiß
in den Haupt-gleitflächen festgestellt wird. Dies zei-gen Beispiele
an Kalottenlagern ander Wuppertaler Schwebebahn, beidenen aufgrund
zu hoher akkumu-lierter Gleitwege unter Betriebslastenund falsch
bestimmter Gleitflächenbe -anspruchungen das verwendete PTFEin den
ebenen Hauptgleitflächen be-reits nach einem Jahr nahezu
vollstän-dig abgenutzt war. Als Sanierungs-maßnahme wurden die
PTFE-Schei-ben vor Ort gegen MSM-Scheiben mit
übereinstimmender Geometrie ausge-tauscht und seitdem kein
nennens-werter Verschleiß mehr festgestellt [48].
3 Druck-Zug-Kalottenlager für die Eisenbahnüberführungen
Amsinck-straße und Oberhafen in Hamburg
3.1 Allgemeines
Bei den Brücken EÜ Amsinckstraßeund EÜ Oberhafen handelt es sich
umneue Eisenbahnüberführungen in un-mittelbarer Nähe zum
HamburgerHauptbahnhof, bei denen insgesamt 76Kalottenlager, die mit
dem hoch festenGleitwerkstoff MSM (Maurer SlidingMaterial)
ausgestattet sind, zum Ein-satz kommen. In 47 Fällen handelt essich
dabei um von der Fa. MaurerSöhne speziell entwickelte
Druck-Zug-Kalottenlager. Die Anwendung dieseshochfesten
Gleitwerkstoffes ist durchnationale [8] und euro päische
Zulas-sungen [9] geregelt. Die Ausstattungder Lager richtet sich in
allen Fällennach der nationalen Ausstattungszulas-sung der Fa.
Maurer Söhne.
Die EÜ Amsinckstraße bestehtaus zwei neuen zweigleisigen Stahl
-
überbauten mit einer gemeinsamenLängsfuge und einem
durchgehendenSchotterbett. Beide Überbauten sindjeweils ca. 10.0 m
breit und als Durch-laufträger über 5 Felder mit Stützwei-ten von
6.4 m – 12.0 m – 12.0 m –12.0 m – 15 m (Gesamtlänge 57.4
m)ausgebildet. Jeder Überbau liegt in je-der Lagerachse (Achsen 10
bis 60)unterhalb der Querträger auf jeweilsvier Kalottenlagern auf,
so dass insge-samt 48 Kalottenlager zum Einsatzkommen. Die
Unterbauten werdenals Widerlager (Achsen 10 und 60),Stahlrahmen
(Achsen 20, 30 und 50)und Stahlbetonrahmen (Achse 40)ausgeführt.
Das Lagerschema für dieEÜ Amsinckstraße ist in Bild 8
darge-stellt.
Aufgrund der hohen Anzahl vonLagern in Querrichtung und der
kur-zen Spannweite des Endfeldes zwi-schen den Achsen 10 und 20
kommt esje Überbau an 21 Lagern zu Lager-zugkräften. Von den
insgesamt 48 La-gern sind 42 Lager speziell
entwickelteDruck-Zug-Kalottenlager (Z) und dieübrigen 6 Lager
(Druck-)Kalottenla-ger des Typs KGa. Die zugbeanspruch-
Eisenbahnüberführung Amsinckstraße - Hamburg
10
Reihe 8
30
40
20
50
60
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
D
D
D
Reihe 7
Reihe 6
Reihe 5
D: DruckkräfteZ: Druck- und Zugkräfte
6.4 m
12.0 m
12.0 m
12.0 m15.0 m
48 Kalottenlager (42 speziell entwickelte
Druck-Zug-Kalottenlager) NSd, max = 1460 kN bis 4667 kN (Druck) /
NSd, min = ~0 kN bis 656 kN (Zug)
10.0
mx
y
Bild 8. Eisenbahnüberführung Amsinckstraße/Lagerungssystem
(Überbau 2)Fig. 8. Railway bridge Amsinckstraße/bearing system
(superstructure 2)
-
857Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
ten Kalottenlager sind in Bild 8 durcheinen zusätzlichen
Buchstaben „Z“gekennzeichnet. Betroffen sind alleüblichen
Kalottenlagertypen, d. h. all-seits bewegliche Lager (KGa-Z),längs-
bzw. querbewegliche Lager(KGe-Z bzw. KGeq-Z) und allseitsfeste
Lager (KF-Z). Die ausschließlichdruckbelasteten Kalottenlager
sinddurch einen zusätzlichen Buchstaben„D“ gekennzeichnet. Für die
Druck-Zug-Kalottenlager betragen die Lager-druckkräfte im
Grenzzustand derTragfähigkeit zwischen 1460 kN und4667 kN, die
Lagerzugkräfte liegenzwischen ~0 und 656 kN. Aufgrunddes
ungünstigen Spannweitenverhält-nisses des Endfeldes zwischen
denAchsen 10 und 20 zum benachbartenFeld treten an den Lagern in
derAchse 10 unter der häufigen Lastfall-kombination Zugkräfte auf,
die zu ei-ner Ermüdungsbeanspruchung derLager führen.
Lager, die zusätzlich zu den übli-chen Druckkräften und den
gleich-zeitigen Lagerverdrehungen und La-gerverschiebungen im
Betriebszustandnennenswerte Zugkräfte übertragenkönnen, liegen
aufgrund der einwir-
kenden Zugkräfte nicht mehr im An-wendungsbereich der DIN 4141
[2]und der DIN EN 1337 [1] und sindbisher auch nicht durch weitere
bau-aufsichtliche Zulassungen abgedeckt.Die Verwendung derartiger
Lager imAnwendungsbereich der Bahn ist der-zeit nur durch
unternehmensinterneGenehmigungen (UiG) der DeutschenBahn und durch
Zustimmungen imEinzelfall (ZiE) durch das Eisenbahn-bundesamt [18]
möglich.
Bild 9 zeigt einen Schnitt durchein typisches
Druck-Zug-Kalottenla-ger des Typs P2-KGa-Z der EÜ Am-sinckstraße.
Typisches Konstruktions -element ist die mittig angeordneteZug
kalotte (Pos. 4), gegen die sich dieDruckkalotte (Pos. 2) im Fall
einerauftretenden Zugkraft in einer ge-krümmten Gleitfläche nach
oben ab-stützen kann. Die Zugkalotte ist zudiesem Zweck über ein
Futterblech(Pos. 6) gegen das Lagerunterteil(Pos. 1) mittels
HV-Schrauben vorge-spannt. Infolge dieser Rückveranke-rung weicht
die Druckkalotte erheb-lich von der sonst üblichen Form ab.Sie
besitzt eine mittige runde Aus-nehmung und ist im Bereich des
Ein-
griffs unter die Zugkalotte nicht mas-siv, sondern
konstruktionsbedingt alsdickwandige Schale mit Loch ausge-bildet.
Je nach Lage der ebenen zurgekrümmten Gleitfläche kommt es
imvorliegenden Fall durch die zusätzli-che Realisierung des
Zugkraftabtragszu einer erheblichen Beeinflussung
desDruckkraftabtrags. Verglichen mit her-kömmlichen
(Druck-)Kalottenlagernmit zwei Gleitflächen besitzt dieserTyp vier
Hauptgleitflächen ((a) und(b) für den Drucklastabtrag sowie (c)und
(d) für den Zuglastabtrag). DieLager sind seit Dezember 2008 in
Be-trieb und werden auf der Grundlageeines eigens dafür
entwickelten Inspek-tionskonzeptes überwacht. Wesentli-cher
Bestandteil der Überwachung istdie Größe der bei
Verkehrsbeanspru-chungen auftretenden vertikalen
La-gerverformungen, um darüber auf einen möglichen inneren
Lagerver-schleiß schließen zu können.
3.2 Zur Entwicklung von Druck-Zug-Kalottenlagern
Da dieser spezielle Lagertyp nicht mehrdurch die Regelwerke
erfasst wird,
Bild 9. Druck-Zug-Kalottenlager (EÜ Amsinckstraße)Fig. 9.
Spherical bearings with compression and uplift forces (Railway
bridge Amsinckstraße)
-
858
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Vertikalverformungen uy [mm]
Normalspannungen y [N/mm²]
x
y
Druckkalotte
Pos. b): Kontaktspannungen p [N/mm²]
Pos. a): Kontaktspannungen p [N/mm²]
P/2 = 500 kN (Einheitslast) MSM: E = 500 N/mm² - = 0.46 / CM1: E
= 80000 N/mm² - = 0.35Baustahl: E = 210000 N/mm² - = 0.30
MSM
CM1
Gleitmaterial a) (MSM)
Gleitmaterial b) (CM1)
MSM: E = 500 N/mm² - = 0.46
CM1: E = 80000 N/mm² - = 0.35
eGl,c
a
b
Variante AairVa
eAtean
airVa
l,cGe Atean
heitP/2 = 500 kN (Ein 210: E =ltahsBauN/m 500 MSM: E =tslast)
0.30=-00 N/mm²00
0.46 / CM1: E = 800=-mm²
0.35=-²m000 N/m
0.46
a) (MSM)
=-N/mm²
6
0.46N/mm
6
0.35
M1)
=-
Druckkalotte
Vertikalverformungen uy [mm]
Normalspannungen y [N/mm²]
x
y
Pos. b): Kontaktspannungen p [N/mm²]
Pos. b):verformt und nicht verformt
Pos. a): Kontaktspannungen p [N/mm²]
mittlere Stauchung des MSM: 0.1 mm
P/2 = 500 kN (Einheitslast)
MSM
MSM
MSM: E = 500 N/mm² - = 0.46 / Baustahl: E = 210000 N/mm² - =
0.30
a
b
Variante B - Modifikation des Gleitmaterials b) (Änderung von
CM1 nach MSM)
Gleitmaterial a) (MSM)
Gleitmaterial b) (MSM)
eGl,c
Bild 10. Numerische Untersuchungen zum Lastabtrag von
DruckkräftenFig. 10. Numerical investigation to the load transfer
in case of compression forces
-
859Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
wurden im Rahmen der Entwicklungauf der Grundlage umfangreicher
theo-retischer Untersuchungen mit Hilfevon FE-Berechnungen (vgl.
Bilder 10und 11) zunächst Bemessungsregelnund Anforderungen an die
Herstel-lung entwickelt [18], um so ein aus-reichendes
Sicherheitsniveau und eineausreichende Dauerhaftigkeit zu
ge-währleisten. Diese Untersuchungen wa-ren vornehmlich auf die
folgendenPunkte gerichtet: – Lastabtrag der Druckkräfte (in
Ver-bindung mit Verdrehungen und Rei-bungseinflüssen)– Lastabtrag
von Zugkräften (in Ver-bindung mit Verdrehungen und
Rei-bungseinflüssen)– Einfluss der Exzentrizität eGL,c zwi-schen
den Hauptgleitflächen a) undb) gem. Bild 10 auf die Verteilung
derKontaktspannungen in den zugehöri-gen Gleitwerkstoffen– Einfluss
der Exzentrizität eGL,u zwi-schen den Hauptgleitflächen c) undd)
gem. Bild 11 auf die Verteilung derKontaktspannungen in den
zugehöri-gen Gleitwerkstoffen
– Einfluss der Rückstellmomente aufdie Beanspruchung der am Zug
last ab-trag beteiligten Lagerbauteile.
In diesem Zusammenhang zeigtBild 10 das Ergebnis der
numerischenUntersuchungen für den Lastabtrageiner
(Einheits-)Druckkraft. Die Vari-ante A zeigt eine Lagerausbildung
miteiner sehr großen Exzentrizität eGL,czwischen den beiden
Hauptgleit-flächen a) und b), was zu unverträgli-chen
Randspannungen an den Kan-ten des ursprünglich gewählten
Gleit-werkstoffes CM1 in der Gleitfläche b)führt, und mit einer
Ausbildung derGleitfläche b) mit CM1. Die Untersu-chungen zeigten
ferner, dass sich einewesentlich günstigere Verteilung
derKontaktpressungen einstellt, wenn inder Gleitfläche b) statt des
sehr dehn-steifen Gleitmaterials CM1 der nach-giebigere Werkstoff
MSM eingesetztwird. Gleichzeitig zeigten die Unter-suchungen, dass
die Stauchung desGleitwerkstoffes MSM in der ge-krümmten
Hauptgleitfläche b) unterGebrauchslasten auf verträgliche
Maßebeschränkt werden kann, was eine
sehr wichtige Anforderung für die Be-urteilung der
Dauerhaftigkeit diesesLagertyps ist.
Das gleiche Verhalten konnte beiden Gleitflächen c) und d) im
Fall desLastabtrages einer Zugkraft beobach-tet werden. Dies wird
mit Hilfe vonBild 11 deutlich, in dem die Vertei-lung der
Kontaktpressungen in derebenen CM1-Gleitfläche d) infolgeeiner
(Einheits-)Zugkraft dargestelltist. Die für CM1 (und MSM) in
denRegelwerken angegebenen Bemes-sungswerte der Druckfestigkeiten
(fd)in Führungen sind nur dann in dervollen Höhe anwendbar, wenn
sicher-gestellt ist, dass die Gleitwerkstoffenahezu zentrisch
beansprucht wer-den und sich die zugehörigen Lager-bauteile zum
Ausgleich von Bean-spruchungen aus Exzentrizitäten sel-ber
einfluchten können. Da dies beimLastabtrag einer auftretenden
Lager-zugkraft im Fall der Gleitflächen c)und d) nicht möglich ist,
sollten fürdie Beanspruchbarkeiten der Gleit-werkstoffe in den
Gleitflächen c) undd) nur geringere Werte in Ansatz ge-
P
A)
P/2
C)
B)
P/2
D)
eGL,u
A)B)
Die geringe Biegesteifigkeit der am Zuglastabtrag beteiligten
Lagerbauteile führt zu erhöhten Pressungen an den Rändern des
Gleitmaterials CM1.
Kontaktspannungen p [N/mm²]
Entwurf
d
c
Anwendung
c d CM1
Bild 11. Numerische Untersuchungen zum Lastabtrag von
ZugkräftenFig. 11. Numerical investigation to the load transfer in
case of uplift forces
-
860
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
bracht werden, um die in Bild 11 dar-gestellte ungleichmäßige
Verteilungder Kontaktspannungen in der ebe-nen Gleitfläche d) zu
kompensieren.Vor diesem Hintergrund wurden zurVermeidung
frühzeitiger Lagerschädenan den am Zuglastabtrag
beteiligtenGleitflächen die Bemessungswerte derDruckfestigkeiten
(fd) für CM1 (undMSM) auf 2/3 der in den Regelwer-ken festgelegten
Werte reduziert.
Bild 12 fasst die maßgeblichen Be-messungsregeln zusammen und
zeigtfür ein typisches Druck-Zug-Kalot-tenlager einen Vergleich
zwischen derzuvor als Variante A vorgestellten Aus -führung und der
zur Ausführung ge-langten Konstruktion. Die wesentli-chen
zusätzlichen Maßnahmen um-fassten:
– Reduktion der Exzentrizität eGL,u– Ersetzen des Gleitmaterials
CM1in den Gleitflächen b) und d) durchMSM – Einführung eines
zusätzlichen Ab-minderungsfaktors von 2/3 für denBemessungswert der
Druckfestigkeit(fd) für die Gleitwerkstoffe in denGleitflächen c)
und d)– Bemessung der am Zuglastabtragbeteiligten Bauteile
(inklusive derGleitwerkstoffe in den Gleitflächenc) und d)) für die
Zugkräfte und diedamit korrespondierenden Rückstell-momen te
(hervorgerufen durch dieBewegungswiderstände in den Gleit-flächen
und durch gleichzeitig auftre-tende Verdrehungen) – Einführung
eines unteren Grenz-wertes für die Größe des Reibungs -
koeffizienten μmin von 5 % für dieGleitflächen a) und b) zur
Berück-sich tigung der Verschlechterung derSchmierungsbedingungen,
wenn kleinevertikale Abhebebewegungen in denHauptgleitflächen
auftreten– Begrenzung der minimalen Breiteder MSM-Ringe in den
Hauptgleit-flächen a) und b) auf 50 bzw. 75 mm – Herstellung der
Lager so, dass un-ter Gebrauchslasten ein möglicherSpalt zwischen
den Gleitflächen b)und c) auf 0,5 mm begrenzt wird– Vermeidung
scharfkantiger Über-gänge in den stählernen Lagerbautei-len zur
Erhöhung der Sprödbruchsi-cherheit
Der Nachweis der am Zuglastab-trag beteiligten Lagerbauteile
gelingtaufgrund der hohen Beanspruchung
Bild 12. Maßgebliche Bemessungsregeln für die speziell
entwickelten Druck-Zug-Kalottenlager Fig. 12. Main design rules for
spherical bearings with compression and uplift forces
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861Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
und der komplexen Geometrie nurnoch mit Hilfe aufwändiger
FE-Be-rechnungen am Gesamtmodell einesDruck-Zug-Kalottenlagers. Da
derLastabtrag einer Zugkraft vornehm-lich über Biegung der
Lagerbauteilerealisiert wird, unterscheidet sich dasvertikale
Verformungsverhalten sol-cher Lager bei einer Zugbeanspru-chung
deutlich von dem bei einerDruckbeanspruchung. Dies wird
ins-besondere mit Hilfe von Bild 13 deut-lich, in dem die
Verformungsfigurenfür die charakteristische Lastfallkom-bination
(oben links) und für denGrenzzustand der Tragfähigkeit (obenrechts)
eines typischen Druck-Zug-Kalottenlagers der EÜ
Amsinckstraßedargestellt sind. Während derartigeLager auf eine
Druckbeanspruchungähnlich steif reagieren wie
(Druck-)Ka-lottenlager, verhalten sie sich beimZuglastabtrag
deutlich weicher. Diesmag von Vorteil sein, wenn, wie imFall der EÜ
Amsinckstraße und EÜOberhafen, die Zugbeanspruchungenin vielen
Fällen aus Zwangskräftenresultieren, da diese durch Nachgie-bigkeit
der Lager abgebaut werden.
Der Einsatz von Zuglagern führtinsbesondere bei
Massivbaukonstruk-
tionen zu der Frage nach der geeigne-ten Rückverankerung der
Lager. ZurÜbertragung von Horizontalkräftenwerden in der Regel
Kopfbolzendübelverwendet, die mit Hilfe der im DIN-Fachbericht 104
festgelegten Schub-tragfähigkeiten für die
angreifendenHorizontalkräfte bemessen werden.Dabei bleibt
unberücksichtigt, dasssich die Kopfbolzendübel aufgrundihres
angestauchten Kopfes ungewolltam Lastabtrag vertikaler
Zugkräftebeteiligen und so zusätzlich bean-sprucht werden. Um
Schäden an derVerankerung zu vermeiden, müssendie Kopfbolzendübel
und der umge-bende Beton die Beanspruchungenaus Zug und Schub mit
ausreichenderSicherheit aufnehmen können. Beider Bemessung muss
dann beachtetwerden, dass die im DIN-Fachbericht104 [5] für
Kopfbolzendübel angege-benen Schubtragfähigkeiten nur gel-ten, wenn
keine bzw. nur kleine zu-sätzliche Zugkräfte auf die Dübel
ein-wirken [44]. Falls daher auf genauereNachweise verzichtet
werden soll, somüssen die Ankerplatten gegen dieUnterbauten
ausreichend vorgespanntwerden, damit die Kontaktfuge
immerüberdrückt ist. Gleiches gilt für Lager
mit hohen Horizontallasten oder gro -ßen Rückstellmomenten in
Kombina-tion mit geringen Auflasten, bei denendie Gefahr einer
Klaffung der Lager-fugen besteht.
Grundsätzlich muss bei einbeto-nierten Anbauteilen auf der
rückwär-tigen Seite von Ankerplatten davonausgegangen werden, dass
sich dieseungewollt am Lastabtrag beteiligen.Dies gilt z. B. für
unterseitige Hülsen(Hülsen für Muttern, Ankerhülsen
fürGewindestangen), bei denen aufgrundihrer viel höheren
Schubsteifigkeit imGegensatz zu den Kopfbolzendübelneine erhebliche
Mitwirkung bei Schub-beanspruchungen infolge von Hori-zontallasten
unterstellt werden muss.Zur Erzielung eines eindeutigen
Kraft-flusses müssen die rückwärtigen An-bauteile so gegen den
Beton abgepol-stert werden, dass sich diese nicht amLastabtrag
beteiligen können. Zudemsei an dieser Stelle darauf hingewie-sen,
dass für diesen AnwendungsfallMuttern, die in den Beton
hineinragen,nur mit zusätzlicher Verdrehsicherungund gegen den
Beton geschützt ver-wendet werden müssen.
Die Verwendung der Druck-Zug-Kalottenlager in Hamburg führte
ins-
PZug
Druck
P
w
vertikale Verformung w (infolge Zugkraft und
Rückstellmoment)
w
+w
Bild 13. Unterschiedliches Verformungsverhalten bei Druck- und
bei ZugbeanspruchungFig. 13. Different load-deformation-behaviour
in case of compression and uplift forces
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862
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
besondere bei Eisenbahnbrücken zueiner weiteren Diskussion in
Deutsch-land, die auch die übrigen Lagerartenbetrifft. Bei Lagern
mit hohen Zug-kräften oder mit großen Horizontal-kräften werden
häufig Bleche in derMaterialgüte S355 J2+N verwendet,die z. T.
dicker sind als 100 mm. Fürdiesen Werkstoff beträgt die in
derneuesten Ausgabe des DIN-Fachbe-richtes 103 [4] festgelegte
zulässigeWerkstoffdicke für Bleche von Stahl-teilen im Zugbereich
geschweißterBauteile für Eisenbahnbrücken 55 mm.Zur Beurteilung
ausreichender Spröd-bruchsicherheit ist damit ein geson-derter
Nachweis der Sprödbruchsi-cherheit auf der Grundlage der DASt-Ri
009 [11] bzw. DIN EN 1993-1-10[6] erforderlich. Neueste
Untersuchun-gen für zug- und biegebeanspruchteLagerbauteile [45]
zeigen, dass auf-grund der fehlenden Ermüdungsbe-anspruchung und
der mechanischen
Oberflächenbehandlung diese Dicken -begrenzung für Lagerbauteile
einesehr konservative Abschätzung dar-stellt. Diese Untersuchungen
sind der-zeitig noch nicht vollständig abge-schlossen. Die
Ergebnisse sollen soaufbereitet werden, dass für
typischeLagerdetails zukünftig auf einen rech-nerischen
Sprödbruchnachweis ver-zichtet werden kann.
4 Regelungen im Zusammenhang mitElastomerlagern
4.1 Vergleich der Anwendungs -bereiche für bewehrte Elastomer
-lager nach DIN 4141-14:1985-09 undDIN EN 1337-3
Eine zentrale Frage bei der Beurteilungdes europäischen
Regelwerkes auf derGrundlage des in DIN 4141-14:1985-14verankerten
Sicherheitsniveaus ist, obmit dem neuen Regelwerk der
bishergeregelte Anwendungsbereich (und da -
mit der bisher vorhandene Erfahrungs-bereich) verlassen wird. Im
euro pä i -schen Konzept wird der Anwendungs-bereich bewehrter
Elastomerlager maß -geblich durch die in DIN EN 1337, Ka-pitel
5.3.3 vorgestellten Regelungen zurSchubbeanspruchung im Gummi,
zumSchubknicken und zur Verdrehungs-begrenzung (Klaffen der Lagerfu
ge)bestimmt. Nach DIN 4141-14:1985-09bestand der Anwendungsbereich
fürRegellager aus einer beliebigen Bean-spruchungskombination aus
Auflastund Verdrehung, deren Einzelwertekleiner gleich den im
Regelwerk ta-bellierten maximal zulässigen Pres-sungen und maximal
zulässigen Ver-drehungen war. Da es abweichend zuden heutigen
europäischen Regelun-gen bei Berücksichtigung der Regella-gergrößen
keine Interaktion zwischender Verdrehung und der Auflast
gab,entsprach diese Vorgehensweise imGegensatz zur heutigen
(aufwändige-
Schubverzerrung: 'b)v'a(t2
'a
T
v
Kt)ß1(3
'aßGF d,x2
i
d,i2
q
d,x
Lm
k,u
id,z
Kriterium:
Anwendungsbereich nachDIN EN 1337-3
f2
f1
zul Fz = 5439 kN
i,d [‰]
Anwendungsbereich nachDIN 4141-14:1985-09
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Fz,d [kN]
0 1 2 3 4 5
zul i = 2.7
0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 0 1 2 3 4 50.5 1.5 2.5 3.5 4.5
f3
i,d [‰]
Vergrößerung des Anwendungsbereiches durchFestlegung einer
Mindestpressung von 3 N/mm²
775
(f2)
Verdrehung: )E
1
)t)ß1(2
'aß(G5
1(
ß'a
tF3
b2
i
3id,z
d,i
)'b'a('a
v1
ß1
ß
tT
'aG
3
1F d,x
ie
2
d,zSchubknicken:
(f1)
(f3)
G = 0.9 N/mm²
u,k = 7
m = 1.0KL = 1.0vx,d / Tq = 1.0Kr,d = 3Eb = 2000 N/mm²a‘ = 439
mmb‘ = 589 mmß = 1.342
Elastomerlager: a x b = 450 x 600 mm - Tb = 186 mm – T0 = 146 mm
- Te = Tq = 110 mm - r = 5.5 mm ti = 11 mm - tso = 20 mm - n = 10 -
ts = 4 mm – vx,d / Te = 1.0
i,d: Drehwinkel je Elastomerschicht
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Fz,d [kN]
= 1.35
Bild 14. Einschränkung des Anwendungsbereiches von
Elastomerlagern durch Einführung der DIN EN 1337-3 –Auswirkung der
Festlegung einer Mindestpressung von 3 N/mm2 (am Beispiel eines
(verankerten) Regellagers450 x 600 mm aus DIN 4141-14:1986-09)Fig.
14. Limitation of the range of application after introducing DIN EN
1337-3 – effect of introducing a minimumpressure of 3 N/mm2
(elastomeric bearing 450 x 600 mm according to DIN
4141-14:1986-09)
-
863Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
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ren) Bemessung nach DIN EN 1337eher einer vereinfachten
Bemessung.
Bild 14 veranschaulicht anhandeines (verankerten) Regellagers a
× b =450 × 600 mm/Tb = 186 mm, dass dasneu eingeführte Kriterium
der Ver-drehungsbegrenzung (DIN EN 1337,5.3.3.6) zu einer
Einschränkung desAnwendungsbereiches für Elastomer-lager führt, da
dadurch die bisherigeEntkopplung zwischen Auflast undVerdrehung
aufgehoben wird. Für denVergleich wurde der Fall einer Ver-drehung
um die längere Lagerseite inVerbindung mit einer Verschiebung
inRichtung der kürzeren Lagerseite un-tersucht. Die maßgeblichen
Bemes-sungsgleichungen wurden so umge-formt, dass sich diese
unmittelbar alsFunktionen „Lagerlast über Verdre-hung“ beschreiben
lassen. Um die un-terschiedlichen Sicherheitskonzeptezu
berücksichtigen, wurden die inDIN 4141-14:1985-09 angegebenenWerte
für die zulässige Pressung σmund den zulässigen Drehwinkel
jeElastomerschicht zul αi jeweils mit γ =1,35 vergrößert.
Der Vergleich zeigt, dass im vor-liegenden Fall der
Anwendungsbereich
des untersuchten Elastomerlagersdurch die neuen Regelungen der
DIN EN 1337-3 nahezu „halbiert“wird. In der praktischen
Auswirkungbedeutet dies jedoch, dass insbeson-dere für Brücken mit
geringen Aufla-sten aus Eigengewicht, in denen nachDIN 4141 noch
Elastomerlager ein-setzbar waren, mittlerweile Kalotten-lager
eingesetzt werden müssen.
Um diese Einschränkung des An -wendungsbereiches wieder
aufzuhe-ben, wurde im Rahmen des Rund-schreibens des
Bundesverkehrsmini-sters vom 05.12. 2007 [14] eine zu- sätzliche
Regelung für den Nachweisder Verdrehungsgrenzbedingung ein-geführt.
Danach ist bei der Ermittlungder vertikalen Gesamtverformung fürden
Nachweis der Verdrehungsbe-grenzung nach DIN EN
137-5:2005,Abschnitt 5.3.3.6 (erster Spiegelstrich)für verankerte
Lager (Lager mit min-destens einseitiger Dübelsicherung)Fz,d/A‘
unabhängig von dem errech-neten Wert der Spannung mit minde-stens 3
N/mm2 anzusetzen. Bild 14macht deutlich, wie diese
zusätzlicheRegelung einzustufen ist. Durch dieseFestlegung werden
zusätzlich gering-
fügige Verdrehungen bei sehr nie -drigen Auflasten ermöglicht,
jedochkeinesfalls die Regelungen der DIN EN 1337-3 so modifiziert,
dasswieder der vollständige Anwendungs-bereich DIN 4141-14:1985-09
möglichwird. Aus Bild 14 lässt sich zunächstfolgern, dass die
derzeitigen Regelun-gen zur Begrenzung der Fugenklaf-fung in DIN EN
1337-3 in Kombina-tion mit dem Ansatz einer Mindest-pressung von 3
N/mm2 hinsichtlichder Schubbeanspruchung des Elasto-mers im
Vergleich zu den früherenRegelungen der DIN 4141 sehr kon-servativ
zu sein scheinen. In Amerikadurchgeführte Untersuchungen [49]zeigen
jedoch, dass bei großen Ver-drehungen in Kombination mit klei-nen
Auflasten ein Zugversagen in derVulkanisationsfläche zwischen
Stahl-blech und Elastomer auftreten kann.Dies ist insbesondere bei
Lagern un-ter hohen dynamischen Beanspru-chungen und nicht
optimalen Vulka-nisationsbedingungen von Bedeutung.Zur Erweiterung
des Anwendungsbe-reiches in DIN EN 1337 sind dahernoch weitere
systematische experimen-telle Untersuchungen erforderlich.
Anwendungsbereich nachDIN EN 1337-3
f2
f1
i,d [‰]
Anwendungsbereich nach DIN 4141-14:1985-09
0
= 1.35
0 0
Schubknicken nicht maßgebend
i,d [‰]
Vergrößerung des Anwendungsbereiches durchFestlegung einer
Mindestpressung von 3 N/mm²
i,d: Drehwinkel je Elastomerschicht
01.0 2.0 3.0 4.01.5 2.5 3.50.5
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
4. 5 5.0 1.0 2.0 3.0 4.01.5 2.5 3.5 4. 5 5.00.5
Nach DIN 4141-14:1985-09 ist eine Erhöhung der zulässigen
Pressung um 50 % möglich, wenn keine Beanspruchung parallel zur
Lagerebene auftritt. In diesem Fall ist jedoch die zulässige
Verdrehung des Elastomerlagers auf 5 ‰ begrenzt.
• 1.5 zul Fz = 1.35 • 1.5 • 900² • 1.5 = 24603 kN
zul i = 1.35 • 5 / n = 1.695000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
2333
Elastomerlager: a x b = 900 x 900 mm - Tb = 127 mm - T0 = 87 mm
- Te = Tq = 72 mm - r = 9.0 mm - ti = 18 mmtsa = 20 mm - n = 4 - ts
= 5 mm - vx,d / Te = 0.0(keine Beanspruchung parallel zur
Lagerebene)
Fz,d [kN] Fz,d [kN]
Bild 15. Vergrößerung des Anwendungsbereiches von
Elastomerlagern bei hohen Auflasten durch Einführung der DIN EN
1337-3(am Beispiel eines (verankerten) Regellagers 900 × 900 mm aus
DIN 4141-14:1986-09)Fig. 15. Extension of the range of application
in case of high loadings after introducing DIN EN 1337-3
(elastomeric bearing900 × 900 mm according to DIN
4141-14:1986-09)
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864
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
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Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Mit den Regelungen der DIN EN1337-3 kann jedoch auch eine
erheb-liche Erweiterung des Anwendungs-bereiches für Elastomerlager
verbun-den sein, und damit der vorhandeneErfahrungsbereich
verlassen werden.Wie Bild 15 zeigt, geschieht dies ge-rade dann,
wenn es sich um gedrun-gene Lager unter hohen Auflastenhandelt, bei
denen der Nachweis desSchubknickens gegenüber dem Nach-weis der
Schubverformungen nichtmaßgebend wird. In diesem Fall wer-den
deutlich höhere Pressungen inVerbindung mit deutlich
größerenVerdrehungen als in den früheren na-tionalen Regelungen
erlaubt [17]. DieAufweitung des Anwendungsberei-ches für hohe
Auflasten kann von er-heblicher Größenordnung sein, diedaraus
resultierenden Folgen für dieLebensdauer im Vergleich zu den
inDeutschland bisher gemachten Er-fahrungen sind jedoch ohne
weitereexperimentelle Untersuchungen nichtunmittelbar
abschätzbar.
4.2 Versuche im Zusammenhang mitden Druck-Zug-Elastomerlagern
der Wuppertaler Schwebebahn,Wuppertal
Im Rahmen der Erneuerung der Trag-konstruktion der Wuppertaler
Schwe-bebahn mit über 67 Ankerstützen mitjeweils vier
Elastomerlagern wurde imAuftrag der WSW (Wuppertaler Stadt -werke)
in den Jahren 2000 bis 2002an der TU München ein umfangrei-ches
Versuchsprogramm an rundenElastomerlagern (Sonderlager) [34],[35],
[36] durchgeführt, da die Elasto-merlager teilweise durch Druck-
so-wie (in seltenen Fällen) auch durchZugkräfte jeweils in
Kombination mitgroßen Verdrehungen beanspruchtwerden und für den
letztgenanntenFall keine Regelungen in den Nor-men enthalten sind.
Untersucht wur-den runde Elastomerlager der Typen∅ 350 × 147 mm/T =
72 mm, ∅ 470 ×193 mm/T = 108 mm und ∅ 500 ×193 mm/T = 108 mm
(Ausführung wie
im Fall des Durchmessers ∅ 470 mm)der Firma GLT, von denen die
beidenkleineren in Bild 16 dargestellt sind.
Zur Erzielung einer besondershohen Zugtragfähigkeit wurden
dieLager der Schwebebahn im Vergleichzu konventionell hergestellten
druck-beanspruchten Elastomerlagern einembesonderen
Vulkanisationsprozess mitgezielter thermischer Nachbehand-lung
unterzogen. Als Gummimischungwurde die Mischung CC 6 AMZ
derGummiwerke Kraiburg verwendet. ZurÜbertragung der Zugkräfte
wurdendie Elastomerkissen auf beiden Sei-ten mit anvulkanisierten
äußeren Be-wehrungsblechen ausgeführt, die mitder angrenzenden
Stahlkonstruktionverschraubt wurden. Wegen dieserRückverankerung
stimmen diese Ela-stomerlager mit dem Typ C nach DINEN 1337-3
überein.
Angepasst an die besonderen Be-anspruchungskombinationen der
La-ger der Wuppertaler Schwebebahn,standen im Rahmen der
experimen-
1818
1818
2
0.2
18
0.2
12x30°
Ø200
6x60
°
Ø400
Ø470
Rz 63 Rz 63
45°
Ø20
0
Ø250Ø350
Ø470
Ø350
15
x4
5°
147
3030
1818
1818
18
55
55
52
193
M20
M20
28
28 24
24
17.5 Rz 63Rz 63
7.5 7.5
15
x4
5°
55
530
30
17.5
Bild 16. Wuppertaler Schwebebahnlager der Typen ∅ 470 × 193 mm/T
= 108 mm (links) und ∅ 350 × 147 mm/T = 72 mm(rechts) [34], [36]
Fig. 16. Elastomeric bearings for the “Wuppertaler Schwebebahn” (∅
470 × 193 mm/T = 108 mm (left) and ∅ 350 × 147 mm/T = 72 mm
(right)) [34], [36]
-
865Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
tellen Untersuchungen [34], [36] maß-geblich folgende
Fragestellungen imVordergrund: – Größe des Schubmoduls G der
ver-wendeten Gummimischung CC 6 AMZin Abhängigkeit von der
Temperatur– Abhängigkeit der Rückstellmomentevom Durchmesser, der
statischen Auf-last und der Belastungsgeschwindig-keit
(Verdrehfrequenz)– Höhe der Zugfestigkeit bewehrterElastomerlager
in Abhängigkeit vomDurchmesser, von der Temperatur undvon der
Qualität der Vulkanisation
Die Temperaturabhängigkeit desstatischen Schubmoduls G der
unter-suchten Elastomerlager ist in Bild 17dargestellt. Der dabei
verwendete Ver-suchsaufbau und die Versuchsdurch-führung richteten
sich nach dem fürdie Schubmodulprüfung maßgeblichenAnhang F der DIN
EN 1337-3. Imvorliegenden Fall stimmt der experi-mentell ermittelte
temperaturabhän-gige Verlauf des Schubmoduls mit derin DIN EN 1337
vorgenommenen Ein-grenzung des Schubmoduls überein,wonach der
Schubmodul bei tiefen
Temperaturen, d. h. bei T = –25 °C,nicht höher als der dreifache
Wert desfür Raumtemperatur geltenden Schub-moduls sein darf. Der
deutliche An-stieg des Schubmoduls bei abneh-menden Temperaturen
führt zu einerzunehmenden Versteifung bewehrterElastomerlager, was
bei den Nach-weisen der angrenzenden Bauteilevon Bedeutung ist.
Diese Auswirkungwiderspricht der in DIN EN 1337-3festgelegten
Vorgehensweise, wonachbei allen Nachweisen grundsätzlichder für
Raumtemperatur geltendeWert des Schubmoduls verwendetwerden darf.
Mit Bezug auf die für dieWuppertaler Schwebebahn durchge-führten
Versuche wurde daher mitBekanntmachung des o. g. Rund-schreibens
des Bundesverkehrsmini-sters vom 05.12.2007 [14] für Stra
-ßenbrücken gefordert, die Einflüsseaus dem Verhalten des
Elastomers beitiefen Temperaturen zu berücksichti-gen. Sofern kein
genauerer Nachweisgeführt wird, dürfen die Rückstell-kräfte und
Rückstellmomente vonElastomerlagern aus veränderlichen
Einwirkungen (z. B. Verkehr, Tempe-ratur, Wind) bei Betrachtung
derKombination mit der Temperaturein-wirkung ΔTN,neg nach
DIN-Fachbe-richt 101, V-6.3.1.3.3 (3)P mit dem Re-chenwert des
Schubmoduls GT,d =2.0 N/mm2 ermittelt werden.
Ein weiterer Teil des Versuchs-programms an den
Elastomerlagernder Wuppertaler Schwebebahn be-schäftigte sich mit
der Frage der Grö -ße der Rückstellmomente der in Bild
16dargestellten Lagertypen. Die Rück-stellmomente wurden in
Abhängig-keit von der Lagertemperatur T (T =45/20/–25 °C), der
während des Ver-drehvorganges wirkenden zentrischenVorbelastung
(Druck) Fz (Fz = 250/1200 kN im Fall des Durchmessers ∅ 350 mm und
Fz = 250/1200/2200 kNim Fall des Durchmessers ∅ 470 mm)und der
Verdrehfrequenz f (f = 0,03/1,0 Hz) gemessen, da diese Einflüssemit
den in den Regelwerken festge-legten Bemessungskonzepten nur
un-zureichend bzw. nicht erfasst werdenkönnen.
Der schematische Versuchsaufbauund die maßgeblichen Ergebnisse
derVersuche zu den Rückstellmomenten(Angaben jeweils bezogen auf
ein La-ger) sind in den Bildern 18 und 19dargestellt. Die Prüfung
der Rückstell-momente erfolgte in Übereinstim-mung mit DIN EN
1337-3 in einemVersuchsstand, bei dem jeweils zweiidentische
Elastomerlager übereinan-der angeordnet wurden und die
ex-zentrische Belastung mit Hilfe einesHebelarms aufgebracht wurde.
DieRückstellmomente wurden für Dreh-winkel α von 6/9/12 ‰ (∅ 350
mm)bzw. 3/6/9/12 ‰ (∅ 470 mm) be-stimmt.
Neben den experimentell ermit-telten Rückstellmomenten sind
inden Diagrammen (Bild 19) auch die
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
05 10
stat
isch
er S
chu
bm
od
ul
G [N/mm²]
T [°C]15 20 25 30 35
Ø 350x147 mmØ 470x193 mmØ 500x193 mm
langjähriges Mittel der CC 6 AMZ
Lagerabmessungen
Bild 17. Abhängigkeit des statischen Schubmoduls G von der
Temperatur für dieGummimischung CC 6 AMZ Fig. 17. Effect of
temperature on the shear modulus G for the rubber compoundCC 6
AMZ
Fz
statische Vorlasten: Ø350 mm: Fz = 250 / 1200 kN - Ø470 mm: Fz =
250 / 1200 / 2200 kN
Fz
Bild 18. Versuchsaufbau zur Bestimmung der Rückstellmomente an
rückverankerten Elastomerlagern der WuppertalerSchwebebahn
(schematisch)Fig. 18. Test set-up for the determination of the
restraint moment (schematic)
-
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Bauwesen nach DIN EN 1337
Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Rückstellmomente angegeben, die sichrechnerisch nach DIN EN
1337-3 fürrunde Lager für den Schubmodul G =0,9 N/mm2 (gültiger
Schubmodul fürT = 20 °C) bzw. G = 3 × 0,9 = 2,7 N/mm2 (gültiger
Schubmodul fürT = –25 °C) ergeben. Die Versuche be-stätigten den
signifikanten Einflussder Vorbelastung und der Lagertem-peratur auf
die Größe der Rückstell-momente. Der Frequenzeinfluss äu -ßerte
sich nur bei dem kleineren ge-prüften Lagerdurchmesser. Trotz
dersehr großen Verdrehungen wurdenbei den Versuchen keine
Lagerschä-den festgestellt.
In allen untersuchten Fällen lie-gen die experimentell
bestimmtenRückstellmomente erheblich überden rechnerischen Werten,
zum Teil
überschreiten diese die rechneri-schen Werte um ein Vielfaches.
Diesgilt insbesondere auch dann, wennwie im Fall einer
Prüftemperatur T =–25 °C der zu dieser niedrigen Tempe-ratur
gehörende normative Wert desSchubmoduls (3-facher Wert
desSchubmoduls für T = 20 °C) G = 2,7 N/mm2 gewählt wird.
Das in DIN EN 1337-3 verankerteBemessungskonzept für
Elastomerla-ger basiert maßgeblich auf experimen-tellen und
theoretischen Untersuchun-gen, die um 1960 herum vom
Sach-verständigenausschuss D60 des For-schungs- und Versuchsamtes
OREder UIC (Internationaler Eisenbahn-verband) [37] bis [41] sowie
von To-paloff [42], [43] durchgeführt wurden.Die dabei verwendeten
Versuchskör-
per wiesen Seitenabmessungen von ca.200 mm auf, so dass die
Anwendungder damaligen Untersuchungsergeb-nisse auf die heutigen
Lagerabmes-sungen streng genommen eine experi-mentell nicht
abgesicherte Extrapola-tion von Versuchsergebnissen darstellt.Die
für die Wuppertaler Schwebe-bahn durchgeführten Versuche ma-chen
deutlich, dass der Maßstabsef-fekt von nicht zu
unterschätzenderBedeutung ist und die Bestimmungs-gleichungen in
den Regelwerken über-dacht werden müssen. Im Rahmender Bemessung
der Elastomerlager derWuppertaler Schwebebahn wurdenaufgrund der
unsicheren Vorhersagendurch die Regelwerke unmittelbar
dieexperimentell ermittelten Rückstell-momente verwendet.
Bild 19. Rückstellmomente an rückverankerten Elastomerlagern der
Wuppertaler Schwebebahn (Gummi-mischung CC 6 AMZ) Fig. 19. Results
of the rotation tests (rubber compound CC 6 AMZ)
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Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
Die Ergebnisse der ebenfallsdurchgeführten Zugbruchversuchesind
in Bild 20 dargestellt. Maßgebli-chen Einfluss auf die
Zugbruchspan-nungen hat der Vulkanisationsprozess.Während bei
ordnungsgemäßer, einerder Zugbeanspruchung der Elastomer-lager
angepassten Vulkanisation beiRaumtemperatur die Zugbruchspan-nung
ca. 3 N/mm2 beträgt, sind beinicht ausreichendem Druck währendder
Vulkanisation nur noch Werte un-ter 2 N/mm2 ertragbar. In einigen
Fäl-len wurden sogar noch geringere Wertegemessen. Bei
ordnungsgemäßer Vul-kanisation wiesen die Bruchbilder ei-nen
einwandfreien Vulkanisationsver-bund ohne Haftungsfehlstellen in
denElastomerschichten oder in der Ela-stomer-/Metallzone auf. Von
eher un-tergeordneter Rolle ist hingegen dieOberflächengüte. Es
zeigt sich, dassLager mit „normaler Vulkanisations-haut“ nur
geringfügig höhere Zugfe-stigkeiten liefern als Lager, bei denendie
Oberflächen durch Anrauhen mitSchleifpapier (Korundscheibe Kör-nung
60) bzw. durch kurze Schnittein unregelmäßiger Anordnung mit ei-nem
Skalpell künstlich geschädigtwurden.
Die Anwendung der Druck-Zug-Elastomerlager erfolgte über eine
Zu-stimmung im Einzelfall, in der festge-legt wurde, die
Herstellung eines je-den Lagers fremd zu überwachen unddarüber
hinaus jedes Lager im Rah-men der Güteüberwachung einerDruck- und
Zugsteifigkeitsprüfung für
das Lastniveau im Gebrauchszustandzu unterziehen.
Schlussbemerkung
In Deutschland wurden die nationalenRegelungen für Lager nach
DIN 4141und die darauf basierenden nationa-len Zulassungen
mittlerweile nahezuvollständig durch das europäische Re-gelwerk DIN
EN 1337 ersetzt. Diezwischenzeitlich gesammelten Erfah-rungen mit
dem neuen Regelwerk zei-gen, dass noch einige Fragen für diePraxis
nicht ausreichend geklärt sindund einige Regelungen in der zur
Zeitstattfindenden Überarbeitungsphasemodifiziert werden
sollten.
Literatur
[1] DIN EN 1337-1:2001-02: Lager imBauwesen, Allgemeine
Regelungen.
[2] DIN V 4141-1:2003-05: Lager im Bau-wesen, Allgemeine
Regelungen.
[3] DIN-Fachbericht 101, 3. Auflage,Ausgabe 09/2003 –
Einwirkungen aufBrücken.
[4] DIN-Fachbericht 103, 3. Auflage, Aus-gabe 09/2003 –
Stahlbrücken.
[5] DIN-Fachbericht 104, 3. Auflage,Ausgabe 09/2003 –
Verbundbrücken.
[6] DIN EN 1993-1-10:2005-07: Euro-code 3: Bemessung und
Konstruktionvon Stahlbauten – Teil 1-10: Stahlsor-tenauswahl im
Hinblick auf Bruchzähig-keit und Eigenschaften in
Dickenrich-tung.
[7] DIN V 4141-13:2008-11: Führungsla-ger und
Festhaltekonstruktionen; Be-messung und Herstellung (Entwurf).
[8] Allgemeine bauaufsichtliche ZulassungZ16.4-443 der Firma
Maurer SöhneGmbH und Co. KG, Frankfurter Ring193, 80807 München –
Zulassungsge-genstand: Maurer-MSM Kalottenlager –Geltungsdauer bis
30. April 2013.
[9] European technical approval ETA-08/0131 of Maurer Söhne GmbH
undCo. KG, Frankfurter Ring 193, 80807München – generic type and
use ofconstruction product: spherical bea-ring with special sliding
material – vali-dity from 19 June 2006 to 19 June 2011.
[10] Allgemeine bauaufsichtliche Zulas-sung Z16.7-445 der Firma
MaurerSöhne GmbH und Co. KG, FrankfurterRing 193, 80807 München –
Zulassungs-gegenstand: Ausstattung von Maurer-Brückenlagern mit
CE-Kennzeichnung– Geltungsdauer bis 30.11.2011 (Aus-gabe
02.08.2007).
[11] DASt-Ri 009:2005-01: Stahlsorten-auswahl für geschweißte
Stahlbauten,Deutscher Stahlbau-Verband, StahlbauVerlags- und
Service GmbH, Düssel-dorf, 2005-11-23.
[12] Eisenbahnspezifische Liste techni-scher Baubestimmungen
(ELTB), Ei-senbahn-Bundesamt (derzeitiger Stand:09.2009).
[13] Bundesministerium für Verkehr,Bau und Stadtentwicklung –
AbteilungStraßenbau, Straßenverkehr: Hinweisezu den ZTV-ING Teil 8
Abschnitt 3 –Anwendung von Lagern nach Norm-reihe DIN EN 1337,
Stand: 05.12.2007.
[14] Bundesministerium für Verkehr,Bau und Stadtentwicklung –
AbteilungStraßenbau, Straßenverkehr: Ermitt-lungen der Bewegungen
an Lagern undÜbergangskonstruktionen nach DIN-Fachbericht 101 sowie
ergänzende Re-gelungen für die Bemessung von La-gern, Fassung 22.
August 2007.
[15] Bundesministerium für Verkehr,Bau und Stadtentwicklung –
AbteilungStraßenbau, Straßenverkehr: Samm-lung Brücken- und
Ingenieurbau, Ent-wurf, Richtzeichnungen für Ingenieur-bauten –
RiZ-ING; Verkehrsblatt-Ver-lag (derzeitiger Stand: April 2008).
[16] Hanswille, G., Porsch, M.: Zur Frageder Vergleichbarkeit
der Regelungenfür Kalottenlager nach DIN 4141 undDIN EN 1337 –
Beurteilung der Kalot-tengleitlager (KGa) unter dem Schwe-beträger
der EisenbahnüberführungHochdonn, Bochum, 19.04.2008.
[17] Hanswille, G., Porsch, M.: Anwen-dung der Normenreihe DIN
EN 1337zur Bemessung und konstruktivenDurchbildung von
CE-gekennzeichne-ten Elastomerlagern der EÜ Warnow(km 87,495 –
Strecke 1122 Lübeck –Strasburg (Meckl.)), Bochum, 05.11.2008.
[18] Hanswille, G., Porsch, M.: Gutach-terliche Stellungnahme
zur Frage der
u [N/mm2]
350 400 450 500
Bruchspannung
D
D [mm]
Bruchverformung
u [mm]
20
40
60
80
350 400 450 500D [mm]0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
Lager mit fehlerhafter Vulkanisation (T = 20°C)
6.0
0.0
= 4 F / ( D²)
T = +20°C
T = -25o C
T = -25o C
T = +20°C
T = -25°C
F
F
(Index u: Versagenszustand)
Lager mit künstlich erzeugten Oberflächenfehlern (T = 20°C)
Bild 20. Ergebnisse der Zugbruchversuche Fig. 20. Results of the
tensile tests
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Chr. Braun/G. Hanswille/M. Porsch/Chr. Schürmann · Lager im
Bauwesen nach DIN EN 1337
Sonderdruck aus: Stahlbau 78 (2009), Heft 11
Vergleichbarkeit von 49 Druck-Zug-Ka -lottenlagern bei den
Hamburger Bau-vorhaben EÜ Amsinckstraße und EÜOberhafen mit den
Druck-Zug-Kalot-tenlagern beim Lehrter Bahnhof (Los1.4) in Berlin“,
Bochum, 11.09.2007.
[19] Hanswille, G., Porsch, M., Piel, W.,Hammer, W.:
Gutachterliche Stellun-gnahme zur Frage der Lagerschädenan der
Stabbogenbrücke im Zuge derBAB A1 über den Dortmund-Ems-Ka-nal bei
Ladbergen (Münster), Bochum,2009 (Entwurf, bislang
unveröffent-licht).
[20] Eggert, H., Grote, J., Kauschke, W.:Lager im Bauwesen, Band
I, EntwurfBerechnung Vorschriften. Berlin: Ernst& Sohn,
1974.
[21] Eggert, H., Hakenjos, V.: Die Wir-kungsweise von
Kalottenlagern. DerBauingenieur 49 (1974), S. 93–94.
[22] Eggert, H., Kauschke, W.: Lager imBauwesen, 2. Auflage.
Berlin: Ernst &Sohn, 1995.
[23] Eggert, H.: Kalottengleitlager. Bau-technik 79 (2002), H.
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[24] Eggert, H., Kauschke, W.: Structuralbearings. Berlin: Ernst
& Sohn, 2002.
[25] Hakenjos, V., Richter, K.: Dauer-gleitreibungsverhalten der
GleitpaarungPTFE weiß/Austenitischer Stahl fürLager im Brückenbau,
Straße, Brücke,Tunnel 11 (1975), S. 294–297.
[26] Uetz, H., Wiedemeyer, J.: Tribologieder Polymere.
München/Wien: CarlHanser Verlag 1985.
[27] Weihprecht, M.: Auflagerung vonBrücken. Sonderdruck aus
Elsners Ta-schenbuch für den bautechnischen Ei-senbahndienst, 39.
Band 1967, S. 231–277. Frankfurt/M.: Dr. Artur Tetzlaff-Verlag,
1967.
[28] Rahlwes, K., Maurer, R.: Lagerungund Lager von Bauwerken.
In: Beton-Kalender 84. Jg. 1995, Teil II, Seite 61ff, Berlin: Ernst
& Sohn, 1995.
[29] Braun, Chr., Bergmeister, K.: Brük-kenausstattung. In:
Beton-Kalender 93Jg. 2004, Band I, S. 249–307, Berlin:Ernst &
Sohn, 2004.
[30] Amtsblatt der Europäischen Union,Mitteilungen der
Kommission im Rah-men der Durchführung der Richtlinie89/106/EWG des
Rates vom 21. Dezem-ber 1988 zur Angleichung der Rechts-und
Verwaltungsvorschriften der Mit-gliedstaaten über Bauprodukte –
Ver-öffentlichung der Titel und der Bezugs-daten der harmonisierten
Normen imSinne dieser Richtlinie, (2006/C 304/01)13.12.2006.
[31] Springhorn, M.: Inverkehrbringenund Verwendung von
Bauprodukten –
die Bauproduktenrichtlinie und ihreUmsetzung, DIBt-Mitteilungen
1/2008.
[32] Buche, H.: Zum Stand der Ein-führung der Normenreihe EN
1337 so-wie deren Auswirkung auf die allgemei-nen bauaufsichtlichen
Zulassungen undPrüfzeugnisse und die NormenreiheDIN 4141,
DIBt-Mitteilungen 3/2005.
[33] Stolzenburg, U.: Review of EuropeanStandards – EN
1337-1:2000, EN 1337-2:2004, EN 1337-3:2005, EN 1337-4:2004,EN
1337-5:2005, EN 1337-6:2004, EN1337-7:2004, EN 1337-9:1997 –
Memberbody replying: DIN, 30.01.2007.
[34] Forschungsbericht über die experi-mentelle Ermittlung der
Temperaturab-hängigkeit von Zug-, Druck- Schub-und Verdrehverhalten
von Sonderla-gern der Wuppertaler Schwebebahn(WSW-Wuppertal),
Bericht Nr. 1932vom 20.02.2002, Technische Univer-sität München,
Lehrstuhl und Prüfamtfür Bau von Landesverkehrswegen,Univ.-Prof.
Dr.-Ing. G. Leykauf.
[35] Forschungsbericht über die experi-mentelle Ermittlung der
Rückstellmo-mente sowie der Zugbeanspruchbar-keit von Sonderlagern
für die Wupper-taler Schwebebahn (WSW-Wuppertal),Bericht Nr. 1780
vom 22.04.2001, Tech-nische Universität München, Lehrstuhlund
Prüfamt für Bau von Landesver-kehrswegen, Univ.-Prof. Dr.-Ing. G.
Ley-kauf.
[36] Prüfzeugnis „Ermittlung der Zug -festigkeit und des
Zugbruchverhaltens anWSW-Sonderlagern ∅ 500 × 147/T =72 mm“ vom
24.09.2002, TechnischeUniversität München, Lehrstuhl undPrüfamt für
Bau von Landesverkehrs-wegen, Univ.-Prof. Dr.-Ing. G. Leykauf.
[37] ORE – Forschungs- und Versuchs-amt: Frage D 60 – Verwendung
vonGummi für Brückenlager, Arbeitser-gebnis Nr. 1: Dauerversuche
mit verti-kaler zentrischer Lastpulsierung bei kon-stantem
Gleitwinkel und mit Pulsie-rung des Gleitwinkels bei
konstantervertikaler Last, Utrecht, Oktober 1962.
[38] ORE – Forschungs- und Versuchs-amt: Frage D 60 – Verwendung
vonGummi für Brückenlager, Arbeitser-gebnis Nr. 2 (ohne Anlage C):
Dauer-versuche mit vertikaler exzentrischerLastpulsierung –
Bruchlasten, Dauer-standversuche, Reibbeiwerte – Vorläu-fige
Empfehlungen, Utrecht, März 1964.
[39] ORE – Forschungs- und Versuchs-amt: Frage D 60 – Verwendung
vonGummi für Brückenlager, Arbeitser-gebnis Nr. 2 – Anlage C:
Dauerversu-che mit vertikaler exzentrischer Last-pulsierung –
Bruchlasten, Dauerstand-
versuche, Reibbeiwerte – VorläufigeEmpfehlungen, Utrecht, März
1964.
[40] ORE – Forschungs- und Versuchs-amt: Frage D 60 – Verwendung
vonGummi für Brückenlager, Schlussbe-richt (ohne Anlage 2):
Versuche bei ex-tremen Temperaturen – Empfehlungen,Utrecht, Oktober
1965.
[41] ORE – Forschungs- und Versuchs-amt: Frage D 60 – Verwendung
vonGummi für Brückenlager, Anlage 2 zumSchlussbericht:
Empfehlungen, Utrecht,Oktober 1965.
[42] Topaloff, B.: Gummilager für Brük-ken – Berechnung und
Anwendung,Der Bauingenieur 39 (1964), S. 50–64.
[43] Topaloff, B.: Gummilager für Brük-ken. Beton- und
Stahlbetonb