Wartungsfreie Gelenklager in den Dächern moderner Gebäude

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Die scheinbare Leichtigkeit solcher Konstruktionen entsteht aus dem Zusammenspiel von moderner Stahlbautechnik in Verbindung mit innovativen Seilverspannungen und neuartigen Verglasungen. Hinsichtlich Gewicht und Festigkeit sind derartige Filigrankonstruktionen erheblichen dynamischen Lasten ausgesetzt, so dass starre Verbindungen der Konstruktionselemente untereinander sehr schnell die Grenzen der Materialermüdung erreichen würden. Hier eröffnet der Einsatz von ELGES-Gelenklagern gestalterische Freiräume und ermöglicht sichere, wartungsfreie und langlebige Konstruktionen. In den Knoten- und Gelenkpunkten des 15000 m² großen Daches des dvg-Gebäudes nehmen ca. 1600 ELGES-Radial-Gelenklager GE 60 UK-2RS die hohen Kräfte auf, die in Teilen des Tragwerkes in der Obergurtebene wirken. Die Lager sorgen für die geforderte kontrollierte Beweglichkeit und den nötigen Längenausgleich. Sie zeichnen sich durch sehr hohe Tragkraft und geringe Reibwerte aus.

Wartungsfreie ELGES-Gelenklager

Moderne Dachkonstruktionen sind speziellen dynamischen Lasten unterworfen, die z. B. aus den täglichen und jahreszeitlich bedingten Temperaturschwankungen sowie aus den Fundamentsetzungen resultieren. Hinzu kommen Belastungen in Form von Wind und Schnee. Für momentenfreie Verbindungen und Aufhängungen sind Lagerungen erforderlich, die hohe Lasten auf kleinstem Raum übertragen können. Sie müssen dabei allseitig beweglich sein und über den gesamten Zeitraum der Lebensdauer ohne jegliche Schmierstoffe auskommen. Für solche Konstruktionen eignen sich insbesondere wartungsfreie ELGES-Gelenklager. Sie verbinden die Übertragung hoher Belastungen mit einer kardanischen Beweglichkeit. Eingesetzt werden Radial-Gelenklager mit Bohrungsdurchmessern von 17 bis 1000 mm. Ebenso zum Einsatz kommen Schräg-Gelenklager, die als Einzellager, besser noch als Kombination in O- und X-Anordnung, verbaut werden können. Solche Kombinationen sind axial höher belastbar als Radial-Gelenklager. Ferner bieten sich auch die Axial-Gelenklager an, die ebenfalls als Einzellager, aber auch kombiniert mit Radial-Gelenklagern, verbaut werden können. Die notwendige kardanische Beweglichkeit ist zum einen durch den Außenring oder die Gehäusescheibe gegeben, zum anderen durch den Innenring oder die Wellenscheibe mit zylindrischer Bohrung und kugeliger, hartverchromter Außengleitbahn. Die speziell entwickelte Gleitschicht ELGOGLIDE® sorgt dabei für absolute Wartungsfreiheit. Das nur ca. 0,5 mm dicke PTFE (Polytetrafluorethylen)-Gewebe aus Teflon®- und Stützfasern ist in eine Harzmatrix eingebettet, die fest in der hohlkugeligen Funktionsfläche des Außenringes bzw. der Gehäusescheibe verklebt wird. Diese hochfeste Klebeverbindung ist feuchtigkeitsstabil und nahezu quellfrei. Damit eignen sich die Lager z. B. auch für den Einsatz im Stahlwasserbau. Die serienmäßig hartverchromten Innenring- bzw. Wellenscheiben-Kugelflächen und die feuchtigkeitsresistente Verklebung des Gleitwerkstoffes ELGOGLIDE® bilden einen zusätzlichen Korrosionsschutz für die Funktionsflächen. Die Betriebstemperaturen des ELGOGLIDE® liegen dabei zwischen –50° und +150 °C, bei abgedichteten Gelenklagern reduzieren sich diese Temperaturen auf die des jeweiligen Dichtungswerkstoffes. Die Lagerfunktionsflächen werden bei den Radial-Gelenklagern durch RS- bzw. RS2-Dichtungen vor Schmutz und Verunreinigungen geschützt. Sie sind jeweils in die Außenringe integriert. Auch bei voller Ausnutzung der Tragzahl können die Gelenklager sowohl Schwenk-, Dreh- als auch Kippbewegungen gleichzeitig und damit kardanisch ausführen. Es sind insbesondere die herausragenden mechanischen und tribologischen Eigenschaften von ELGOGLIDE®, die den Anwender überzeugen. Die wartungsfreien ELGES-Gelenklager zeichnen sich u. a. durch einen niedrigen Reibwert aus, der dafür Sorge trägt, dass die auftretenden Bewegungen ohne ruckartiges Gleiten (stick slip) synchron zu den Systembewegungen erfolgen. Deutlich erkennbar ist dabei die PTFE-spezifische Eigenart, mit steigender Belastung bei eingelaufenen Gelenklagern niedrige Reibwerte zu erzeugen.

Tragzahlen und Dämpfung

Die ELGES-Gelenklager mit ELGOGLIDE® bieten sowohl dynamisch als auch statisch außergewöhnliche Sicherheiten. Ausgewiesen ist dies durch die dynamischen Tragzahlen C auf der Basis eines spezifischen Belastungsfaktors von K = 300 N/mm² und durch die statischen Tragzahlen C_o mit einem spezifischen Belastungsfaktor K_o = 500 N/mm². Die Verbindung von PTFE-Gewebe und Harzmatrix mit dem Außenring wirkt zur Innenring-Kugelfläche zudem wie ein Stoßdämpfer – ein Vorteil, der besonders bei relativ hochfrequenten Wechsellasten geschätzt wird.

Theoretische Lebensdauer

Für den Anwender ist es häufig schwierig, ein verbindliches Lastenheft mit allen dynamischen Betriebsdaten aufzustellen. Daher genügt es i. d. R., die Lagerpressungen und die daraus resultierenden Gleit- und Verschleißwege zu benennen. In den Kugelgelenken des dvg-Daches z. B. beläuft sich die Flächenpressung für die ELGES-Lager vom Typ GE60-UK-2RS auf ca. 80 N/mm². Der kalkulierte Gleit-/Verschleißweg beträgt dabei mehr als 200 km.

Anschlusselemente

Die Knoten-/Gelenkpunkte sind i. d. R. dreischnittig ausgeführt, d. h. die Lenkeranschlüsse sind als Doppellaschen konzipiert. Die starren, einschnittigen Anschlussteile mit den Aufnahmebohrungen tragen die Gelenklager. Die Verbindung erfolgt über durchgesteckte Bolzen mit axialer Fixierung; bei leichten Passungen ist eine Verdrehsicherung integriert.

Fazit

Mit den wartungsfreien ELGES-Gelenklagern von SCHAEFFLER auf der Basis von ELGOGLIDE® sind heute Gewerke und Bauten realisierbar, die höchsten Anforderungen moderner Architektur gerecht werden und darüber hinaus einen hohen Sicherheitsstandard bei völliger Wartungsfreiheit bieten. Das gilt für den allgemeinen Stahlbau, für den Stahlhochbau, für moderne Varianten der Kombination Stahl-, Seil-, Glasbau und vieles mehr. Mit der technischen Kompetenz und Erfahrung aus mehr als 50 Jahren Gelenklagertechnik wurden entsprechende Konstruktionen in zahlreichen modernen Gebäuden erfolgreich umgesetzt, wie z. B. im Hauptbahnhof Berlin, im Olympiastadion Kiew oder im neuen Hauptstadtflughafen Berlin Brandenburg "Willy Brandt".