DE202015006956U1

DE202015006956U1 - Hoch belastbarer Gleitwerkstoff mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und dauerhafter Formstabilität sowie betriebssicheres überwachungsarmes Lager für Bauwerke, insbesondere Brückenbauwerke

Info

Publication number: DE202015006956U1
Application number: DE202015006956.8U
Authority: DE
Original assignee: Gumba GmbH
Current assignee: Gumba GmbH
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2025-09-22

Abstract

Hoch belastbarer Gleitwerkstoff mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und dauerhafter Formstabilität für Lager, insbesondere für Gleitlager, Topflager und/oder Kalottenlager, von Bauwerken, insbesondere von Brückenbauwerken, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitwerkstoff mindestens ein Polyalkylenterephthalat-Derivat, insbesondere mindestens ein Polyethylenterephtalat-Derivat, enthält mit einer Dichte von 1,3 bis 1,6 g/cm3, insbesondere von 1,4 bis 1,5 g/cm3, noch mehr bevorzugt von 1,44 g/cm3, und/oder einer Schmelztemperatur von 180 bis 320°C, insbesondere 200 bis 300°C, noch mehr bevorzugt von 245°C, und/oder einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 60 bis 90°C, vorzugsweise 60 bis 85°C, noch mehr bevorzugt von 75°C, und/oder einer oberen Gebrauchstemperaturgrenze in Luft von 150 bis 180°C, vorzugsweise von 150 bis 170°C, noch mehr bevorzugt von 160°C, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen hoch belastbaren Gleitwerkstoff mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und dauerhafter Formstabilität für Lager, insbesondere für Gleit- und/oder Topflager, von Bauwerken, insbesondere von Brückenbauwerken, und ein betriebssicheres überwachungsarmes Lager eines Bauwerkes, insbesondere Gleitlager, mit einem Oberbau und einem Unterbau, zwischen denen eine Gleitscheibe angeordnet ist, sowie eine Verwendung von Polyalkylenterephthalat-Derivaten, insbesondere Polyethylenterephtalat-Derivaten, als Gleitwerkstoff in Lager, insbesondere in Topf- und/oder Gleitlagern, von Bauwerken, vorteilhafterweise Brückenbauwerken.
An den Berührungsflächen, auch Kontaktflächen genannt, von Lagern von Bauwerken, wie Brückenbauwerken, können normal und tangential gerichtete Kräfte auftreten. Infolge sich berührender Bauteile der Lager stellen sich Reibungskräfte ein, wenn die Bauteile der Lager relativ zueinander bzw. gegeneinander bewegt werden. Die Reibungskräfte wirken der bewegenden Kraft entgegen und müssen stets auf das betreffende Reibungssystem, auch tribologisches System genannt, bezogen interpretiert werden. Die Reibungskraft ist in erster Näherung von der Normalkraft auf die Berührungsfläche und der Reibungszahl abhängig. Die Haftreibung tritt zwischen gegeneinander ruhenden Bauteilen auf, die zueinander in Bewegung gesetzt werden sollen. Bei geringeren Tangentialkräften F ist die Reibungskraft zunächst entgegengesetzt gleich F, so dass das Bauteil auf dem anderen ruht. Die Reibungskraft kann mit der Tangentialkraft F an bis zu einem Maximalwert ansteigen, wobei das eine Bauteil anfängt zu gleiten oder zu rutschen. Hierbei wird die Haftung (Adhäsion) an den Berührungsstellen als Grenzflächen aufgebrochen.
Infolge der einsetzenden Gleitreibung können stoßförmige Deformationen an den Berührungsstellen der Grenzflächen auftreten, welche zur Anregung elastischer Wellen und zur Temperaturerhöhung (Reibungswärme) zu führen vermögen. Die Haftreibung muss überwunden werden, wenn das eine Bauteil aus dem Ruhezustand in Bewegung gesetzt werden soll. Die Gleitreibung ist zu überwinden, um das eine Bauteil in eine gleichförmige, wenn auch in Lagern geringfügige, Bewegung kurzfristig zu halten. Falls feste Bauteile der Lager aufeinander gleiten, entsteht regelmäßig Verschleiß. Bei dem Trockenlauf eines Lagers trennt kein schützender Schmierfilm das eine Bauteil, als Grundkörper bezeichnet, und von dem anderen Bauteil, als Gegenkörper bezeichnet. Infolge hoher Belastung können bereits geringe Unebenheiten, die beispielsweise aufeinander liegen können, dergestalt hohe Drücke entstehen lassen, dass beide Bauteile im Ruhezustand fest aneinander haften. Bei Gegeneinanderbewegung der Bauteile werden dann diese Bindungen getrennt oder Teilchen werden aus der Oberfläche des weniger festen Werkstoffes gerissen, die zunächst an der Oberfläche des widerstandsfähigeren Werkstoffes hängen bleiben, anschließend lösen sich diese ab und führen als kleinste Teilchen zwischen den Gleitflächen zu erheblicher Abrasion.
Die infolge Temperaturschwankungen erzeugten Bewegungen eines Brückenbauwerks werden durch Lager aufgefangen.
Im Sinne der Erfindung wird unter Lager auch ein bewegliches Lager verstanden werden können, z. B. Kipplager, Topflager oder Kalottenlager.
Im Sinne der Erfindung wird unter Gleitlager auch verstanden ein Lager, bei welchem die Bewegungen durch Gleiten oder Rutschen zweier Flächen gegeneinander erfolgen.
Im Sinne der Erfindung wird unter Topflager auch verstanden, ein Lager, bei welchem die Last von dem Oberbau, z. B. in Form eines Lagerdeckels, zu dem Unterbau, z. B. über dessen Stahltopf, geleitet wird, in dem oder zwischen denen sich ein elastomeres Kunststoffmaterial angeordnet sein kann. Die Kippbewegung, wie Verdrehung zwischen dem Lagerdeckel und dem Lagertopf, kann eine innere Verschiebung der Topffüllung bewirken.
Ein Topflager kann auch im Sinne der Erfindung ein bewegliches oder festes Lager sein; bei dem Topflager können neben den Kippbewegungen Bewegungen durch Gleiten oder Rutschen zweier Flächen gegeneinander auftreten. So kann das Topflager als Oberbau eine Gleitplatte und einen Lagerdeckel umfassen, die gegeneinander verschiebbar sind, und als Unterbau einen Lagertopf, z. B. einen Stahltopf, aufweisen, in dem ein, vorzugsweise elastomeres, Kunststoffmaterial angeordnet sein kann, so dass das Zusammenwirken von Lagertopf und -deckel die Kippbewegungen bereitstellen kann. Zudem kann das Topflager als Unterbau die Gleitplatte und den Lagerdeckel umfassen, die gegeneinander verschiebbar sind, und als Oberbau einen Lagertopf, z. B. einen Stahltopf, aufweisen, in dem das, insbesondere elastomere, Kunststoffmaterial angeordnet sein kann. Die Kippbewegung, wie Verdrehung zwischen dem Lagerdeckel und dem Lagertopf, kann eine innere Verschiebung der Topffüllung bewirken.
Unter Kalottenlager wird im Sinne der Erfindung auch verstanden, ein Lager, bei dem die Kippung durch ein Gleiten über eine gekrümmte Fläche erfolgt, die z. B. zwecks zwängungsarmer Kippung in Form von zwei Gleitebenen ausgestaltet sein kann.
Bei den o. g. herkömmlichen Lager werden die Lager durch Nachschmierung mit einem steten Schmierfilm zwischen den Berührungsflächen der gegeneinander bewegbaren Bauteilen eines Brückenbauwerks, z. B. zwischen Ober- und Unterbau, aufrechterhalten, um den üblicherweise zu erhöhtem Abrieb führenden Trockenlauf zu vermeiden.
Es zeigt sich, dass die Schmierwirksamkeit auch von der Größe der Summe der Gleitwege beeinflusst werden kann. Daher erfordern herkömmliche Lager für Brückenbauwerke nicht nur die stete arbeitsaufwendige Nachschmierung, sondern auch die kostenträchtige stete Überwachung des Gleitwegsummierung.
Darüber hinaus ist festzustellen, dass gerade bei den herkömmlichen Brückenbauten, insbesondere bei den dem Schwerlastverkehr ausgesetzten Brückenbauwerken, der Verkehr eine zunehmende Größe ist, die die Bewegungen der Brückenbauteile zu beeinflussen vermag. Die Bewegung des Verkehrs, insbesondere die des Schwerlastverkehrs, wirkt aufgrund der beträchtlichen Zunahme des Umfangs desselben so weit auf die Brückenbauteile ein, dass bereits nur geringe Hin- und Herbewegungen der Brückenbauteile sich addierend mehrere Kilometer Gleitwegstrecke betragen können.
Das bedeutet, dass Brückenlager bereitzustellen sind, die die auf sie einwirkenden sowohl jahreszeitlich bedingten Temperaturschwankungen, als auch die durch das Schwerlastverkehrsaufkommen bedingten Gleitwegzunahmen berücksichtigen.
Die Brückenlager sollen sonach unter Anderem
eine dauernde Schmierung der Berührungsflächen,
eine geringe Reibung,
eine hohe Verschleißfestigkeit
ermöglichen.
Im Stand der Technik werden beispielsweise Gleitlager bereitgestellt, deren großflächige Gleitplatten aus Kunststoffscheiben eingekammert sind, die solchermaßen der Lagerpressung standhalten sollen. Als Nachteil erweist sich, dass die dafür erforderliche genaue Anpassung der als der Kammerung dienenden Stahlfassung des Unterbaus an den Durchmesser der Kunststoffscheiben Platte als schwierig wegen der zuweilen bis zu 10fachen Temperaturausdehnung von Kunstsoff gegenüber Stahl zeigt.
Um eine gewisse Dauerschmierung zu erzielen, sind in den Kunststoffscheiben Schmiertaschen vorgesehen. Da aber sich die Schmiertaschen infolge des Kriechens der Kunststoffscheiben zunehmend einebnen, ist der Schmierstoffmittelvorrat bereits nach kurzer Zeit der Schmierung erschöpft.
Die in EP 1 523 598 vorgeschlagene Lösung der Verwendung von UHMWPE-Kunststoff (Ultra High Molecular Weight Polyethylen, mit einem ultrahohen Molekulargewicht) führt nicht weiter, da diese Druckschrift sich lediglich in Angaben von an den UHMWPE-Kunststoff geforderten Eigenschaften als Gleitwerkstoff erschöpft.
Darüber hinaus soll – so die Druckschrift – der UHMWPE-Kunststoff Werte für den Gleitweg und/oder die Gleitgeschwindigkeit aufweisen, die größer sind als die in der EN1337-2:2000 festgelegten Normenwerte. Die Druckschrift schlägt zwar dem Fachmann die Bereitstellung eines solchen Kunststoffs vor, unterlässt aber, Angaben über die Herstellung dieses Kunststoffes zu machen.
Auch wenn der UHMWPE-Kunststoff nach Lehre der Druckschrift
einerseits eine Flächenpressung größer als 30 MPa, einen Gleitweg größer 10242 m und eine Gleitgeschwindigkeit größer als 2 mm/s aufweisen soll,
andererseits eine extrem hohe, unendlich hohe Schmelzviskosität haben soll
bleibt unklar, wie ein solcher UHMWPE-Kunststoff mit diesen Eigenschaften herstellbar sein soll
Nach DIN 53 735: 1983-01 ist das Maß für die Schmelzviskosität der Schmelzindex (RÖMMP LEXIKON Chemie, 10. Auflage, 1999, GEORG THIEME-Verlag, Stuttgart, New York, siehe auch Seiten 3974, 3975), der diejenige Menge Material angibt, die in 10 min unter der Wirkung einer festgelegten Kraft durch eine genormte Düse extrudiert wird; die Faustregel der letztgenannten Druckschrift lautet: je kleiner der Schmelzindex ist, umso größer ist die mechanische Festigkeit, vice versa, je höher der Schmelzindex ist, umso kleiner ist die mechanische Festigkeit.
Das bedeutet, dass die Druckschrift EP 1 523 598 die Herstellung des UHMWPE-Kunststoffes als Gleitwerkstoff in Form einer Scheibe oder Platte mit geringer mechanischer Festigkeit vorschlägt. Es zeigt sich aber, dass ein solcher Gleitwerkstoff infolge seiner geringen mechanischen Festigkeit bei hoher Druckbeaufschlagung zu kriechen oder sich zu verflüssigen beginnt.
Bei Brücken, die hohen Temperaturen ausgesetzt sein können, ist das Fließen des Gleitwerkstoffs gerade in den Randbereichen des Gleitlagers zu beobachten. In Extremfällen kann sogar der Gleitwerkstoff über die der zugehörigen Kammerung umgebende Kante gedrückt werden. Ganz kritisch wird das Kriechen des Gleitwerkstoffs dann, wenn an dem den Gleitwerkstoff umgebenden Kantenbereich des Unterbaus eine Reibung Metall auf Metall mit der darüber liegenden Lagerplatte des Oberbaus auftreten kann.
Das Kriechen des UHMWPE-Kunststoffs wird auch dadurch nicht in Gleitlagern verhindert, dass zum Beispiel der die UHMWPE-Kunststoff-Platte umgebende Rand erhöht wird, da das Risiko der Reibung Metall auf Metall zwischen dem die UHMWPE-Kunststoff-Platte umgebenden Rand und dem darüber liegenden Lagerteil noch zusehends erhöht wird.
Hinzukommend ist die mechanische Festigkeit ein Maß für die Widerstandsfähigkeit des Körpers gegen deformierende Kräfte (RÖMMP LEXIKON Chemie, 10. Auflage, 1999, GEORG THIEME-Verlag, Stuttgart, New York, Seite 1314). so dass nach herkömmlicher Lehre der Druckschrift EP 1 523 598 der von dieser vorgeschlagene Gleitwerkstoff infolge des hohen Schmelzindex bzw. der hohen Schmelzviskosität und der infolgedessen niedrigen mechanischen Festigkeit möglichst eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber deformierenden Kräften, wie sie bei Brückenlagern aufzutreten pflegen, haben soll.
Hinzukommend ist die mechanische Festigkeit ein Maß für die Widerstandsfähigkeit des Körpers gegen deformierende Kräfte (RÖMMP LEXIKON Chemie, 10. Auflage, 1999, GEORG THIEME-siehe auch 1314), so dass nach Lehre der Druckschrift EP 1 523 598 der Gleitwerkstoff möglichst eine geringe Widerstandskraft gegenüber auf ihn einwirkenden Kräften haben soll.
Es ist jedoch von Vorteil, dass der bereitzustellende Gleitwerkstoff und die Verwendung desselben in Lager eine hohe Widerstandskraft gegenüber Kräften haben soll.
Sonach reichen die aufgabenhaft formulierten Vorschläge der Druckschrift EP 1 523 598 mit der Zuordnung physikalischer Eigenschaften zu dem UHMWPE-Kunststoff als Gleitwerkstoff nicht aus, zumal die Druckschrift EP 1 523 598 die Relevanz der mechanischen Festigkeit eines Gleitwerkstoffes und dessen hinreichende Widerstandskraft für ein stark beanspruchtes Brückenlager übersieht und vielmehr das Gegenteil fordert, nämlich die Verwirklichung der durch den hohen Schmelzindex des UHMWPE-Kunststoffes hervorgerufenen geringen mechanischen Festigkeit des Gleitwerkstoffes.
Abgesehen davon findet sich in der Druckschrift EP 1 523 598 kein offenbartes Verfahren zur Herstellung UHMWPE-Kunststoff als Gleitwerkstoff, der
einerseits
eine Flächenpressung größer als 30 MPa,
einen Gleitweg größer 10242 m
und
eine Gleitgeschwindigkeit größer als 2 mm/s
aufweist,
andererseits
eine unendlich hohe Schmelzviskosität
haben soll.
Es wird daher ein Gleitwerkstoff bereitzustellen, der
eine geringe Reibung zwischen dem Oberbau und dem Unterbau,
eine optimale Formstabilität gegenüber Temperuturschwankungen
eine genügende Schmierung der gegenüberliegenden Kontaktflächen auch bei hoher Anzahl an Verschiebebewegungen,
eine hinreichende Verformungssteifigkeit bei hohen Drücke.
Der Gleitwerkstoff und das bereitzustellende Lager sollen ein solches tribologisches System bereitzustellen, in welchem trotz Temperaturschwankungen
eine hinreichende Schmierung zu
einer geringen Reibung
und
einem unwesentlichen Verschleiß
sich einstellt und diese Eigenschaften mit der Formbeständigkeit geschickt miteinander zusammenwirken.
Auch soll ein solcher Gleitwerkstoff für Lager verwendet werden, der auch bei Dauerbetrieb weitgehend wartungsarm ist, um die Betriebskosten zu senken.
Da die Druckschrift EP 1 523 598 auch den Einbau von Schmiertaschen vorschlägt, besteht die Gefahr des Eindringens von Staub aus der Umgebung und des Hängenbleibens desselben an dem Schmierfilm, so dass aufgrund der Bauteilbewegungen dieser in die Kontaktfläche gezogen wird und den Verschleißwiderstand beträchtlich zu erniedrigen vermag; sonach ist ein solcher Gleitwerkstoff für Lager zu verwenden, der weitgehend ohne Schmierung über Schmiertaschen auskommt.
Zudem soll der Gleitwerkstoff in jedweder Art von hochbelastbaren Lagern verwendet werden, die z. B. Kippbewegungen um die beiden in der Horizontalebene liegende Achsen und/oder Drehbewegungen um die vertikale Achse des Lagers möglich machen.
Schließlich soll ein Gleitwerkstoff für Lager verwendet werden, der bei Kraftbeaufschlagung formstabil ist, und der in Form einer Gleitscheibe sich durch weitgehend gleichbleibende Dicke der Gleitscheibe und Durchmesser der Gleitscheibe auszeichnet.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch und die Nebenansprüche. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft einen hoch belastbaren Gleitwerkstoff mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und dauerhafter Formstabilität für Lager, insbesondere Gleit- und/oder Topflager, von Bauwerken, insbesondere von Brückenbauwerken,
welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass
der Gleitwerkstoff mindestens ein Polyalkylenterephthalat-Derivat, insbesondere ein Polyethylenterephtalat-Derivat, enthält
mit z. B.
einer Dichte von 1,3 bis 1,6 g/cm³, insbesondere von 1,4 bis 1,5 g/cm³, noch mehr bevorzugt 1,44 g/cm³,
und/oder
einer Schmelztemperatur von 180 bis 320°C, insbesondere 200 bis 300°C, noch mehr bevorzugt 245°C,
und/oder
einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 60 bis 90°C, vorzugsweise 60 bis 85° C, noch mehr bevorzugt 75°C,
und/oder
einer oberen Gebrauchstemperaturgrenze in Luft (kurzzeitig) von 150 bis 180°C, vorzugsweise von 150 bis 170°C, noch mehr bevorzugt 160°C.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist gerichtet auf ein betriebssicheres überwachungsfreies Lager von Bauwerken, insbesondere ein Gleitlager, mit einem Oberbau und einem Unterbau, zwischen dem Oberbau und dem Unterbau und/oder in dem Unterbau und/oder in dem Oberbau mindestens eine Gleitscheibe angeordnet ist,
welches dadurch gekennzeichnet ist, dass
die Gleitscheibe ein Polyalkylenterephthalat-Derivat, insbesondere ein Polyethylenterephtalat-Derivat, enthält mit z. B.
einer Dichte von 1,3 bis 1,6 g/cm³, insbesondere von 1,4 bis 1,5 g/cm³, noch mehr bevorzugt 1,44 g/cm³,
und/oder
einer Schmelztemperatur von 180 bis 320°C, insbesondere 200 bis 300°C, noch mehr bevorzugt 245°C,
und/oder
einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 60 bis 90°C, vorzugsweise 60 bis 85°C, noch mehr bevorzugt 75°C,
und/oder
einer oberen Gebrauchstemperaturgrenze in Luft (kurzzeitig) von 150 bis 180°C, vorzugsweise von 150 bis 170°C, noch mehr bevorzugt 160°C.
Mindestens ein Polyalkylenterephthalat-Derivat, insbesondere Polyethylenterephtalat-Derivat, eignet sich zur Verwendung als Gleitwerkstoff in Lagern von Bauwerken, insbesondere in Gleitlagern oder Topflagern, mit z. B.
einer Dichte von 1,3 bis 1,6 g/cm³, insbesondere von 1,4 bis 1,5 g/cm³, noch mehr bevorzugt 1,44 g/cm³,
und/oder
einer Schmelztemperatur von 180 bis 320°C, insbesondere 200 bis 300°C, noch mehr bevorzugt 245°C,
und/oder
einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 60 bis 90°C, vorzugsweise 60 bis 85°C, noch mehr bevorzugt 75°C,
und/oder
einer oberen Gebrauchstemperaturgrenze in Luft (kurzzeitig) von 150 bis 180°C, vorzugsweise von 150 bis 170°C, noch mehr bevorzugt 160°C.
Der Erfindung liegt auch das Prinzip zugrunde, dass das erfindungsgemäße betriebssichere überwachungsfreie Lager zumindest zwei benachbarte gegeneinander verschiebbare Flächen oder Seiten als Berührungsflächen oder Kontaktflächen aufweisen kann, zwischen denen die Gleitscheibe mit einem Polyalkylenterephthalat-Derivat, insbesondere ein Polyethylenterephtalat-Derivat, als Gleitwerkstoff, angeordnet ist. Die gegeneinander verschiebbaren Flächen oder Seiten als Berührungsflächen oder Kontaktflächen können zwischen dem Unterbau und dem Oberbau des erfindungsgemäßen Lagers sich befinden; ebenso alternativ oder zusätzlich können die gegeneinander verschiebbaren Flächen oder Seiten als Berührungsflächen oder Kontaktflächen in dem Unterbau und/oder in dem Oberbau des erfindungsgemäßen Lagers sich befinden.
Unter einer Gleitscheibe wird im Sinne der Erfindung auch ein Gleitkissen oder ein flacher, insbesondere kreisbogenförmiger, plattenförmiger Gleitkörper oder dergleichen verstanden. Unter einer Gleitscheibe wird im Sinne der Erfindung auch ein jedweder Gleitkörper, der zur Anordnung zwischen gegeneinander verschiebbaren Bauteilen oder Flächen von Bauteilen von Unter- und Oberbau geeignet ist, oder eine Topffüllung verstanden. Die Gleitscheibe kann zwischen zwei gegeneinander verschiebbaren Flächen angeordnet werden, wobei die Flächen zwischen dem Oberbau und dem Unterbau oder in anderen Ausgestaltungen d es erfindungsgemäßen Lagers z. B. in dem Unterbau und/oder in dem Oberbau angeordnet sein können.
Ebenso kann im Sinne der Erfindung unter Oberbau, auch Überbau genannt, verstanden werden derjenige Teil, wie Träger, Stützen, Kragarme, Fahrbahnplatten, usw, der die Lasten zu dem Unterbau abzutragen vermag; unter Unterbau kann auch im Sinne der Erfindung verstanden werden, z. B. Widerlager, Pfeiler, usw., die die von dem Oberbau aufgenommenen Lasten in die Gründung ableiten können.
So können j nach Anforderungen und Ausgestaltungen der Unterbau einen Lagertopf und einen Lagerdeckel sowie der Oberbau eine Gleitplatte umfassen, die mit dem Lagerdeckel gegeneinander verschiebbar ausgestaltet ist. Je nach Anforderungen und Ausgestaltungen können vive versa der Oberbau den Lagertopf und den Lagerdeckel sowie der Unterbau eine Gleitplatte umfassen, die mit dem Lagerdeckel gegeneinander verschiebbar ausgestaltet ist.
Die Erfindung betrifft auch den Gleitwerkstoff und dessen Verwendung, der eines oder mehrere Derivate einer Polyalkylenterephthalat-Verbindung, insbesondere einer Polyethylenterephtalat-Verbindung, mit einem reibungsmindernden, vorzugsweise festen, z. B. einpolymerisierten, Schmierstoff enthalten kann.
Polyalkylenterephthalat-Derivate, insbesondere Polyethylenterephtalat-Derivate, können zum Beispiel durch die Umesterung von Dimethylterephthalat mit Ethylenglykol unter Methanol-Abspaltung zum Bis(2-hydroxyethyl)terephthalat und dessen Polykondensation unter Freisetzen von Ethylenglykol oder durch direkte Polykondensation von Ethlenglykol und Therephtalsäure hergestellt werden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen hoch belastbaren Gleitwerkstoffes kann als Gleitwerkstoff auch ein Polyalkylenterephthalat-Derivat, insbesondere Polyethylenterephtalat-Derivat, enthalten sein, wobei das Polyalkylenterephthalat-Derivat, insbesondere Polyethylenterephtalat-Derivat, einen homogen verteilten, ggf. fein dispergierten, Schmierstoff, wie Festschmierstoff, der stark reibungsmindernd wirkt, enthalten kann.
Durch den Einbau von Verbindungen, wie fremden Bausteinen, z. B. Isophthalsäure und/oder 1,4-Cyclohexandemethanol und sonstigen Festschmierstoffen, können sich diese an die Oberfläche des erfindungsgemäßen hoch belastbaren Gleitwerkstoffs anlagern und dessen Reibwerte und Formstabilität verändern, Als Festschmierstoffe eignen sich z. B. schuppenförmige und/oder anorganische feste Schmierstoffe.
Im Sinne der Erfindung werden unter festen Schmierstoffen auch verstanden solche mit Schichtgitterstruktur, wie Graphit, Molybdändisulfid, usw. Auch eignen sich andere anorganische Verbindungen als Festschmierstoffe, wie Bortrioxid-, Bleimonoxid-, basische Bleicarbonat-Verbindungen, Menninge, usw. verwendet werden.
Überdies können Zinksulfid, Calciumdifluorid, Bornitrid, die eine hohe tribologische Belastbarkeit des erfindungsgemäßen hoch belastbaren Gleitwerkstoffs möglich machen können, eingesetzt werden.
Zudem kann als Festschmierstoff z. B. für Oberfächenschichten Phosphat-, Oxid-, Sulfid-, Chlorid- und/oder Oxalat-Verbindungen verwendet werden. Als Metall-organische oder organische feste Schmierstoffe eignen sich Kunststoffe, wie Polytetrafluorethylen, Wachse, Fette, Seifen, Salze von Fettsäuren. Darüber hinaus können EP-Additive, wie Epoxid-Harze, verwendet werden, die z. B. als oligomere Verbindungen mit mehr als einer Epoxid-Gruppe pro Molekül herstellbar einsetzbar sind.
Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen hoch belastbaren Gleitwerkstoffes können mit Hilfe der dem Fachmann bekannten Methoden, z. B. den nachfolgend aufgeführten herkömmlichen Verfahren, ermittelt werden:
Dichte nach ISO 1183-1
Wasseraufnahme in mg nach 24/96 h Lagerung in Wasser von 23°C nach ISO 62, nach Verfahren 1 von ISO 62 durchgeführt an Scheiben mit Durchmesser von 50 × 3 mm,
Wasseraufnahme in % nach 24/96 h Lagerung in Wasser von 23°C nach ISO 62, nach Verfahren 1 von ISO 62 durchgeführt an Scheiben mit Durchmesser von 50 × 3 mm,
Wasseraufnahme in % bei Sättigung im Normalklima von 23°C/50% RF,
Wasseraufnahme in % bei Sättigung im Wasser von 23°C
Schmelztemperatur (DSC, 10°C/min) in °C nach ISO 113 57-1/-3
Wärmeformbeständigkeitstemperatur in °C (Methode A: 1,8 MPa) nach ISO 75-1/-2
Die obere Gebrauchstemperaturgrenze in Luft (kurzzeitig), wobei z. B. bei nur einigen Stunden Temperaturbeanspruchung keine oder nur eine geringe mechanische Belastung auftritt, kann ebenso mit herkömmlichen Verfahren bestimmt werden.
Die Wärmeleitfähigkeit in (W/K·m) bei 23°C kann mit herkömmlichen Verfahren bestimmt werden.
Der thermische Längenausdehnungskoeffizient des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs oder der erfindungsgemäßen Gleitscheib kann bestimmt werden als mittlerer Wert zwischen 23°C und 60°C und als mittlerer Wert zwischen 23°C und 100°C.
Mit der oberen Gebrauchstemperaturgrenze in °C in Luft (dauernd: während 5.000/20.000 h) wird die Temperaturbelastbarkeit über 5.000/20.000 Stunden bestimmt; nach diesen Zeitspannen ist die Zugfestigkeit – gemessen bei 23°C – auf ca. 50% des Ausgangswertes abgefallen. Die hier aufgeführten oberen Gebrauchstemperaturgrenzen sind basiert z. B. auf den auftretenden thermisch-oxidativen Abbau, der eine Verringerung des Eigenschaftsniveaus hervorrufen kann. Es kann auch berücksichtigt werden, dass die höchstzulässige Gebrauchstemperatur jedoch in vielen Fällen in erster Linie abhängig sein kann von Dauer und Größe der bei Wärmeeinwirkung auftretenden mechanischen Beanspruchungen.
Die untere Gebrauchstemperatur in °C kann mit einem herkömmlichen Verfahren bestimmt werden, wobei mit Rücksicht auf den Rückgang der Schlagzähigkeit mit abnehmender Temperatur die untere Gebrauchstemperatur in der Praxis besonders durch die Größe der auf das Material einwirkenden Stoßbeanspruchungen bestimmt werden kann; hier aufgeführte Werte können auf den ungünstigen Stoßbeanspruchungsbedingungen basieren, auch können sie nicht als die absoluten praktischen Grenzen betrachtet werden.
Das Brennverhalten kann mittels herkömmlicher Verfahren, z. B. nach ISO 4589-1/-2 (Sauerstoff-Index) in % und nach UL 94 (Dicke 3/6 mm), bestimmt werden.
Die nachfolgend aufgeführten mechanischen Eigenschaften und deren Werte bei 23°C können für den erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff bzw. die erfindungsgemäße Gleitscheibe trockenes Material vorliegend aufgeführt sein und großenteils mittlere Werte sein, durchgeführt an aus Rundstäben aus dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder der Gleitscheibe bearbeiteten Probeköpern mit einem Durchmesser von 40–60 mm, die mit Ausnahme der Härteprüfung aus der Mitte zwischen dem Kern und dem Außendurchmesser entnommen sind mit ihrer Länge in Stablängsrichtung (parallel zur Extrusionsrichtung). Die mechanischen Eigenschaften können bestimmt werden für den erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff und der erfindungsgemäßen Gleitscheibe, die als trockenes Material und als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagertes Material vorliegen.
Zugversuche zwecks Prüfung auf mechanische Eigenschaften – mit Ausnahme der Härteprüfungen- können bei 23°C an aus Rundstäben aus dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff bearbeiteten Probeköpern mit einem Durchmesser von 40–60 mm – als trockenes Material vorliegend – durchgeführt werden, die aus dem Bereich zwischen dem Kern und dem Außendurchmesser entnommen sein können mit ihrer Länge in Stablängsrichtung (parallel zur Extrusionsrichtung).
Die Streckspannung/Bruchdehnung des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffes oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe als trockenes Material in MPa vorliegend kann bestimmt werden nach z. B. ISO 527-1/-2, z. B. mit Prüfgeschwindigkeit: 5 mm/min, gewählt nach ISO 10350-1 in Abhängigkeit der Versagensart des Materials (zäh oder spröde). Als Zugversuch (z. B. Probekörper 1B) bei 23°C kann die Streckspannung des bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerten Gleitwerkstoffes Material nach ISO 527-1/-2 bestimmt werden, wobei die Prüfgeschwindigkeit beträgt 5 mm/min, gewählt nach z. B. ISO 10350-1 in Abhängigkeit von der Versagensart des Gleitwerkstoffes (zäh oder spröde).
Die Zugfestigkeit des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffes oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe in MPa, die Streckdehnung und die Bruchdehnung in % können bei 23°C auch nach ISO 527-1/-2 bestimmt werden, wobei die Prüfgeschwindigkeit 5 mm/min. betragen kann, gewählt nach ISO 10350-1 in Abhängigkeit von der Versagensart des Gleitwerkstoffes (zäh oder spröde).
Das Zug-Elastizitätsmodul des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffes oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe in MPa kann bei 23°C nach z. B. ISO 527-1/-2 bestimmt werden mit einer Prüfgeschwindigkeit von 1 mm/min.
Die Druckspannung im Druckversuch bei 23°C kann bei 1/2/5% nomineller Stauchung bestimmt werden, mit einem Zylinder als Probekörper aus dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder die erfindungsgemäße Gleitscheibe mit einem Durchmesser von 12 mm und Höhe von 30 mm sowie einer Prüfgeschwindigkeit von 1 mm/min.
Die Spannung kann in einem Zeitstand-Zugversuch bei 23°C nach 1.000 h, die zu einer Dehnung von 1% führt (δ_1/1000), nach ISO 899-1 bestimmt werden, wobei der erfindungsgemäße Gleitwerkstoff oder die erfindungsgemäße Gleitscheibe als trockenes Material oder als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerter Gleitwerkstoff bzw. Gleitscheibe vorliegen kann.
Die Charpy Schlagzähigkeit des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffes oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe kann mit einem Pendelschlagwerk (15 J) nach ISO 179-1/1eU und die Charpy Kerbschlagzähigkeit kann nach ISO 179-1/1eA bestimmt werden.
Die Izod Kerbschlagzähigkeit kann nach ISO 180/A bestimmt werden, wobei der erfindungsgemäße Gleitwerkstoff oder die erfindungsgemäße Gleitscheibe als trockenes Material oder als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerter Gleitwerkstoff vorliegen kann.
Die Kugeldruckhärte kann nach ISO 2039-1 und die Rockwellhärte wurde nach ISO 2039-2 bestimmt werden, wobei die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffes, der als 10 mm dicker Probekörper in Form einer Scheibe geprüft wird, in der Mitte zwischen ihrem Kern und ihrem Außendurchmesser bestimmt werden können.
Die elektrischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffes und der erfindungsgemäßen Gleitscheibe, die zur Messung der elektrischen Eigenschaften als trockenes Material oder als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagertes Material vorliegen können, können bei 23°C ebenso nach herkömmlichen Verfahren bestimmt werden, z. B.
Durchschlagfestigkeit nach z. B. IEC 60 243-1, beispielsweise mit einer Elektrodenanordnung mit zwei koaxialen Zylindern (Durchmessern 25/75 mm, in Transformatorenöl nach IEC 60296, gemessen an einem 1 mm dicken Probekörper,
Durchschlagfestigkeit nach z. B. IEC 60 243-1,
Spezifischer Durchgangswiderstand nach z. B. IEC 60093,
Spezifischer Oberflächenwiderstand nach z. B. IEC 60093,
Dielektrizitätszahl ε_r bei 100 Hz nach z. B. IEC 60250,
Dielektrizitätszahl ε_r bei 1 MHz nach z. B. IEC 60250,
Vergleichszahl der Kriechwegbildung (CTI) nach z. B. IEC 60112,
Auch kann in einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen betriebssicheren überwachungsarmen Topflagers eines Bauwerks zwischen Ober- und Unterbau die Gleitplatte sich befinden, z. B. kann der Oberbau die Gleitplatte aufweisen, wobei die Gleitplatte und der Lagerdeckel gegeneinander beweglich sind. In dieser Ausgestaltung sind der Lagerdeckel und der Lagertopf Bauteile des Unterbaus. Auf der der Gleitplatte zugewandten Oberseite des Lagerdeckels und/oder auf dem Lagerdeckel zugwandten Unterseite der Gleitplatte kann die Gleitscheibe mit dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff angeordnet sein; zudem kann die Oberseite des Lagerdeckels und/oder die Unterseite der Gleitplatte eine, z. B. in Draufsicht kreisbogenförmige, Ausnehmung haben, in der die Gleitscheibe mit dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff dergestalt eingelassen ist, dass zumindest ein Bauteil derselben von der Oberseite des Lagerdeckels hervorsteht. Die Unterseite des Lagedeckels kann zumindest teilweise in das Innere des Lagertopfes dergestalt eingreifen, dass dieser Bauteil der Unterseite des Lagerdeckels auf einem elastischen Kissen mit einem elastomeren kunststoffartigen Material lastet.
In einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen betriebssicheren überwachungsarmen Topflagers eines Bauwerks kann zwischen Ober- und Unterbau die Gleitplatte sich dergestalt befinden, dass der Unterbau die Gleitplatte und der Oberbau den Lagertopf und den Lagerdeckel aufweisen können, wobei die Gleitplatte und der Lagerdeckel gegeneinander beweglich sind. In dieser Ausgestaltung sind der Lagerdeckel und der Lagertopf Bauteile des Oberbaus. Auf der der Gleitplatte zugewandten Unterseite des Lagerdeckels und/oder auf der dem Lagerdeckel zugewandten Oberseite der Gleitplatte kann die Gleitscheibe mit dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff angeordnet sein.
In einer anderen Ausbildung des erfindungsgemäßen betriebssicheren überwachungsarmen Topflagers eines Bauwerks mit einer Gleitscheibe in dem Oberbau kann der Oberbau die Gleitplatte und den Lagerdeckel umfassen, wobei die Gleitplatte und der Lagerdeckel gegeneinander beweglich sind. In dieser Ausgestaltung ist der Lagertopf ein Bauteil des Unterbaus. Auf der der Gleitplatte zugewandten Oberseite des Lagerdeckels und/oder auf der dem Lagerdeckel zugewandten Unterseite der Gleitplatte kann die Gleitscheibe mit dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff angeordnet sein; zudem kann die Oberseite des Lagerdeckels und/oder die Unterseite der Gleitplatte eine, z. B. in Draufsicht kreisbogenförmige, Ausnehmung haben, in der die Gleitscheibe mit dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff dergestalt eingelassen ist, dass zumindest ein Bauteil derselben von der Oberseite des Lagerdeckels hervorsteht. Die Unterseite des Lagedeckels des Oberbaus kann zumindest teilweise in das Innere des Lagertopfes des Unterbaus dergestalt eingreifen, dass dieser Bauteil der Unterseite des Lagerdeckels auf einem elastischen Kissen mit einem, vorzugsweise elastomeren, kunststoffartigen Material lastet.
In einer sonstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen betriebssicheren überwachungsarmen Topflagers eines Bauwerks mit einer Gleitscheibe in dem Unterbau kann der Unterbau die Gleitplatte und den Lagerdeckel umfassen, wobei die Gleitplatte und der Lagerdeckel gegeneinander beweglich sind. In dieser Ausgestaltung ist der Lagertopf ein Bauteil des Oberbaus. Auf der der Gleitplatte zugewandten Unterseite des Lagerdeckels und/oder auf der dem Lagerdeckel zugewandten Oberseite der Gleitplatte kann die Gleitscheibe mit dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff angeordnet sein.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen betriebssicheren überwachungsarmen Topflagers eines Bauwerks umfasst dieses einen Oberbau und einen Unterbau, wobei zwischen dem Oberbau und dem Unterbau die Gleitscheibe mit dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff angeordnet ist; beispielweise der Unterbau des Bauwerks einen Lagertopf mit einem sein Inneres begrenzenden Mantel haben kann, welches den Gleitwerkstoff, z. B. als 'Gleitkissen oder -scheibe, aufnehmen kann, der Oberbau kann einen Lagerdeckel mit einem Kragen und einem an den Kragen sich anschließenden Körperabschnitt umfassen, welcher mit seinem Körperabschnitt in das Innere des Lagertopfes eingreifen und sich auf den Gleitwerkstoff, z. B. als 'Gleitkissen oder -scheibe, abstützen kann. Eine andere Ausgestaltung kann zusätzlich mindestens eine Gleitplatte zum beweglichen Zusammenwirken mit der Lagerdeckel oder dme Lagertopf aufweisen.
Ebenso können in einer zusätzlichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen betriebssicheren überwachungsarmen Topflagers eines Bauwerks der Unterbau und der Oberbau des Bauwerks Gleitplatten umfassen, wobei die eine Gleitplatte mit dem Lagerdeckel und die andere Gleitplatte mit dem Lagertopf gegeneinander beweglich sind. In dieser Ausgestaltung sind die eine Gleitplatte und der Lagerdeckel Bauteile des Oberbaus und die andere Gleitplatte und der Lagertopf Bauteile des Unterbaus. Mindestens eine Gleitplatte und/oder das im Lagertopf befindliche elastische Kissen können den Gleitwerkstoff enthalten.
In zusätzlichen weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen betriebssicheren überwachungsarmen Topflagers können diese ausgestaltet sein, dass in Ober- oder Unterbau die Gleitplatten mit den den Gleitplatten zugewandten Seiten der Lagertöpfen, die als Unter- oder Oberseite den Lagerdeckeln abgewandt sind, gegeneinander beweglich sind. Die Gleitplatten können z. B. metallene, z. B. Gleitblech mit hochglanzpoliertem Edelstahl, und/oder kunststoffartige Materialien und/oder sonstige Materialien, wie keramische, enthalten.
Im Sinne der Erfindung werden unter Unterbau und Oberbau auch verstanden zwei gegeneinander verschiebbare Bauteile eines Bauwerks, wie eines Brückenbauwerks. Der Oberbau kann z. B. einen Lagerdeckel und/oder eine metallene, wie starre, Gleitplatte, z. B. mit einem Gleitblech mit hochglanzpoliertem Edelstahl, umfassen; der Unterbau kann den Lagertopf umfassen, der in seinem Inneren zusätzlich ein Kissen mit einem elastomeren Kunstsoff aufweisen kann.
Das erfindungsgemäße betriebssichere überwachungsarme Gleitlager eines Bauwerks weist einen Ober- und einen Unterbau auf, die gegeneinander verschiebbar sind, zwischen dem Oberbau und dem Unterbau die Gleitscheibe angeordnet ist, beispielsweise der Unterbau eine Oberfläche als Lagerfläche eines Bauteils hat, auf der Lagerfläche des Unterbaues der Gleitwerkstoff als Gleitscheibe angeordnet ist, wobei der Oberbau mit seiner dem Unterbau oder dessen Lagerfläche zugewandten Unterseite beweglich aufliegt.
Das erfindungsgemäße betriebssichere überwachungsarme Kalottenlager eines Bauwerks umfasst den Ober- und den Unterbau, wobei zwischen dem Oberbau und dem Unterbau die Gleitscheibe mit dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff, die eine gekrümmte Oberseite und/oder eine gekrümmte Unterseite aufweisen kann. angeordnet ist.
So kann der Unterbau eine nach innen gekrümmte Oberfläche als Lagerfläche aufweisen, auf der Lagerfläche des Unterbaues die Gleitscheibe mit ihrer nach außen gekrümmten Unterseite beweglich angeordnet ist, der Oberbau kann mit seiner dem Unterbau oder der Lagerfläche des Unterbaus zugewandten Unterseite auf der Gleitscheibe oder der ebenen Oberseite des Gleitwerkstoffes aufliegen. Die Gleitscheibe des erfindungsgemäßen betriebssicheren überwachungsarmen Kalottenlagers kann im Prinzip wie eine plankonvexe Linse ausgebildet sein, deren konvexe, nach außen gewölbte, Unterseite die Gestalt eines Kugelabschnitts aufweisen kann; die Oberseite der Gleitscheibe, die gekrümmt oder eben ausgestaltet sein kann, ist, der Unterseite des Oberbaus zugewandt, gegen diese flächig anliegen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen betriebssicheren überwachungsarmen Kalottenlagers kann auf der nach außen gekrümmten Oberfläche als Lagerfläche die Gleitscheibe mit ihrer nach innen gekrümmten Unterseite beweglich aufliegen, wobei der Oberbau mit seiner der Lagerschicht zugewandten Unterseite auf der ebenen oder gekrümmten Oberseite des Gleitscheibe gleichfalls beweglich aufliegen kann.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen betriebssicheren überwachungsarmen Lagers kann auf der Lagerfläche des Unterbaues und/oder auf der dem Unterbau zugewandten Unterseite des Oberbaues eine durch Aufschmelzen mittels Pulverbeschichtungsverfahren erzeugte Gleitlackschicht aufgetragen sein.
Die Verwendung von Polyalkylenterephthalat-Derivaten, insbesondere Polyethylenterephtalat-Derivaten, als Gleitwerkstoff in Lagern von Bauwerken, insbesondere in Gleitlagern, bezieht sich auf solche mit
einer Dichte von 1,3 bis 1,6 g/cm³, insbesondere von 1,4 bis 1,5 g/cm³, noch mehr bevorzugt von 1,44 g/cm³,
und/oder
einer Schmelztemperatur von 180 bis 320°C, insbesondere 200 bis 300°C, noch mehr bevorzugt von 245°C,
und/oder
einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 60 bis 90°C, vorzugsweise 60 bis 85°C, noch mehr bevorzugt von 75°C,
und/oder
einer oberen Gebrauchstemperaturgrenze in Luft von 150 bis 180°C, vorzugsweise von 150 bis 170°C, noch mehr bevorzugt von 160°C.
Auch zeigt sich, dass die Verwendung von Polyalkylenterephthalat-Derivaten, insbesondere Polyethylenterephtalat-Derivaten, als Gleitwerkstoff, z. B. als Gleitscheibe, in Lagern, insbesondere in Gleitlagern, von Bauwerken, insbesondere Brückenbauwerken, besonders vorteilhaft ist, wobei der Gleitwerkstoff folgende Eigenschaften aufweisen kann:
eine Wasseraufnahme nach 24/96 h Lagerung in Wasser von 23°C von 2 bis 7 mg/8 bis 13 mg, vorzugsweise von 4 bis 6 mg/9 bis 12 mg, noch mehr bevorzugt von 5 mg/11 mg. und/oder
eine Wasseraufnahme nach 24/96 h Lagerung in Wasser von 23°C von 0,01 bis 0,09%/0,1 bis 0,2%, vorzugsweise von 0,02 bis 0,08 %/0,02 bis 0,15%, noch mehr bevorzugt von 0,06%/0,13% und/oder
eine Wasseraufnahme bei Sättigung im Normalklima 23°C/50 % Raumfeuchtigkeit von 0,20 bis 0,26%, vorzugsweise von 0,23 bis 0,25%, von noch mehr bevorzugt 0,23%, und/oder
eine Wasseraufnahme bei Sättigung im Wasser von 23°C von 0,35 bis 0,6%, vorzugsweise von 0,35 bis 0,6%, noch mehr bevorzugt 0,47%.
Die Schmelztemperatur des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe kann betragen von 200 bis 300°C, vorzugsweise von 220 bis 280°C, noch mehr bevorzugt 245°C.
Die Wärmeleitfähigkeit des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe bei 23°C kann einen Wert haben von 0,20 bis 0,4 W/(K·m), vorteilhafterweise von 0,29 bis 0,3 W/(K·m), noch mehr bevorzugt 0,29 W/(K·m).
Der thermische Längenausdehnungskoeffizient des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe kann betragen z. B. als mittlerer Wert zwischen 23°C und 60°C von 40 × 10⁶ bis 80 × 10^–6 m/(m·K), vorteilhafterweise von 50 × 10^–6 bis 70 × 10^–6 m/(m·K), noch mehr bevorzugt 65 x 10^–6 m/(m·K) und/oder als mittlerer Wert zwischen 23°C und 100°C von 75 × 10^–6 bis 95 × 10^–6 m/(m·K), vorteilhafterweise von 80 × 10^–6 bis 90 × 10^–6 m/(m·K), noch mehr bevorzugt 85 × 10^–6 m/(m·K).
Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe umfasst beispielsweise Werte von 60 bis 90°C, vorteilhafterweise von 65 bis 80°C, noch mehr bevorzugt 75°C,
Die obere Gebrauchstemperaturgrenze des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe in Luft (kurzzeitig) beträgt vorzugsweise 150 bis 180°C, bevorzugterweise 155 bis 170°C, 160°C.
Die obere Gebrauchstemperaturgrenze des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe in Luft (dauernd während 5.000 bis 20.000 h) bezieht z. B. auf 150 bis 180°C, bevorzugterweise 155 bis 170°C, 160°C und/oder die untere Gebrauchstemperatur kann betragen von –30 bis –15°C, vorzugsweise von –25 bis –18°C, – noch mehr bevorzugt 20°C.
Das Brennverhalten (Sauerstoff-Index) ISO 4589-1/-2 von 15 bis 35%, vorzugsweise von 20 bis 30%, noch mehr bevorzugt 25% und/oder das Brennverhalten gemäß UL 94 mit einer Dicke von 3/6 mm HB/HB.
Die Streckspannung des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe als trockenes Material oder als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerte Material kann betragen von 68 bis 85 MPa, bevorzugterweise von 70 bis 80 MPa, noch mehr bevorzugt 76 MPa.
Die Zugfestigkeit des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe kann sein von 68 bis 85 MPa, vorzugsweise 60 bis 80 MPa, noch mehr bevorzugt 76 MPa.
Auch können die Streckdehnung des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe von 2 bis 6%, bevorzugterweise 3 bis 5%, noch mehr bevorzugt 4%, und/oder die Bruchdehnung von 3 bis 7%, vorteilhafterweise 4 bis 6%, noch mehr bevorzugt 5%, betragen.
Das Zug-Elastizitätsmodul des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe kann als trockenes Material 2.500 bis 4.000 MPa, bevorzugterweise 3.000 bis 3.500 MPa, noch mehr bevorzugt 3.300 MPa, und/oder kann als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerter Gleitwerkstoff 2.500 bis 4.000 MPa, bevorzugterweise 3.000 bis 3.500 MPa, noch mehr bevorzugt 3.300 MPa, ergeben.
Die Druckspannung des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe ergibt z. B. bei 1/2/5% nomineller Stauchung von 21 bis 28 MPa/40 bis 55 MPa/85 bis 105 MPa, bevorzugterweise vom 22 bis 25 MPa/46 bis 50 MPa/90 bis 100 MPa, noch mehr bevorzugt 24 MPa/47 MPa/95 MPa.
Die Spannung des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe im Zeitstand-Zugversuch, die nach 1.000 h zu einer Dehnung von 1% führt (δ_1/1000), beträgt beispielsweise als trockenes Material 18 bis 28 MPa, bevorzugterweise von 20 bis 25 MPa, noch mehr bevorzugt 23 MPa, und/oder als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerter Gleitwerkstoff 18 bis 28 MPa, bevorzugterweise von 20 bis 25 MPa, noch mehr bevorzugt 23 MPa.
Die Charpy Schlagzähigkeit des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe können Werte von 20 bis 45 kJ/m², bevorzugterweise 25 bis 40 kJ/m², noch mehr bevorzugt 30 kJ/m² ergeben.
Die Werte der Charpy Kerbschlagzähigkeit des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe können als trockenes Material betragen von 1,8 bis 4,0 kJ/m², bevorzugterweise 2,0 bis 3,0 kJ/m², noch mehr bevorzugt 2,5 kJ/m², betragen.
Die Izod Kerbschlagzähigkeit des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe mit bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagertem Gleitwerkstoff kann betragen 2,0 bis 4,0 kJ/m², bevorzugterweise 2,2 bis 3,0 kJ/m², noch mehr bevorzugt 2,5 kJ/m², betragen.
Die Kugeldruckhärte des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe kann Werte von 140 bis 180 N/mm², bevorzugterweise von 150 bis 170 N/mm², noch mehr bevorzugt 160 N/mm², und/oder die Rockwellhärte von M 100, insbesondere M 94, ergeben.
Die elektrischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff oder der erfindungsgemäßen Gleitscheibe können bei 23°C betragen:
Durchschlagfestigkeit 18 bis 25 kV/mm, vorzugsweise 21 kV/mm, als trockenes Material, 18 bis 25 kV/mm, vorzugsweise 21 kV/mm, als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerter Gleitwerkstoff;
Spezifischer Durchgangswiderstand größer als 10¹³ ^, Ohm·cm, vorzugsweise größer als 10¹⁴ oder 10¹⁵ Ohm·cm, als trockenes Material und/oder größer als 10¹³ Ohm·cm, vorzugsweise größer als 10¹⁴ oder 10¹⁵ Ohm·cm als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerter Gleitwerkstoff;
Spezifischer Oberflächenwiderstand größer als 10¹³ Ohm, vorzugsweise größer als 10¹⁴ oder 10¹⁵ Ohm, als trockenes Material und/oder größer als 10¹³ Ohm, bevorzugterweise größer als 10¹⁴ oder 10¹⁵ Ohm, als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerter Gleitwerkstoff;
Dielektrizitätszahl ε_r bei 100 Hz 4,0, vorzugsweise 3,4, als trockenes Material und/oder bei 100 Hz 3,0, vorzugsweise 3,4, als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerter Gleitwerkstoff;
Dielektrizitätszahl ε_r bei 1 MHz 3,5, vorzugsweise 3,2, als trockenes Material und/oder bei 1 MHz 3,0, vorzugsweise 3,2 als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerter Gleitwerkstoff;
Vergleichszahl der Kriechwegbildung (CT) 550 bis 700, vorzugsweise 600, als trockenes Material und/oder 550 bis 700, vorzugsweise 600, als bis zur Sättigung im Normalklima bei 23°C/50% Raumfeuchtigkeit gelagerter Gleitwerkstoff.
Messergebnisse von Verfahren, die die Verwendung des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs in Topflagern nachahmen, umfassen die Kraftbeaufschlagung des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffes in Form von Gleitscheiben und das Einwirken von von Rollen erzeugten sinusförmigen Vor- und Rückwärtsbewegungen auf dieselben; die Prüfbedingungen betreffen 36000 Zyklen entsprechend ca. 100 Stunden Testdauer und einem Gleitweg von 1.820 m bei einer Temperatur von 60°C (+/– 1°C).
Es finden sich vorteilhafterweise am Testende sehr geringe Zunahmen
der Durchmesser der aus dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs hergestellten Gleitscheiben, die nur 0,52 mm (= 0,7%) betrugen,
und
der Dicke der aus dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs hergestellten Gleitscheiben, die nur 0,05 mm (= 0,8%) betrugen.
Überdies bleibt vorteilhafterweise die Temperatur der Gleitscheiben konstant während der Kraftbeaufschlagungen.
Auch verblieb das optische Auftreten der aus dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs hergestellten Gleitscheiben weitgehend unverändert. Die gleichbleibende Form der aus dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffs hergestellten Gleitscheiben gewährt die geforderte Formstabilität.
Der erfindungsgemäße Gleitwerkstoff, die Verwendung desselben in Lagern zeigen
die geringe Reibung zwischen dem Oberbau und dem Unterbau,
die optimale Formstabilität gegenüber Temperuturschwankungen
die genügende Schmierung der gegenüberliegenden Kontaktflächen auch bei hoher Anzahl an Verschiebebewegungen,
die hinreichende Verformungssteifigkeit bei hohen Drücke,
so dass ein optimales tribologisches System bereitgestellt wird, welches den Anforderungen an in Brückenbauten einzusetzenden Lagern Genüge tut.
Die durch den erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff und die Verwendung desselben in Lager von Brückenbauten bereitgestellte Anordnung, auch tribologisches System genannt, zeigt ein geschicktes Zusammenwirken der hinreichenden Schmierung mit der geringen Reibung und dem unwesentlichen Verschleiß, welches darüber hinaus diese Eigenschaften mit der der Formbeständigkeit verbinden kann.
Zudem zeigen sich der erfindungsgemäße Gleitwerkstoff und die Verwendung desselben in Lagern von Brückenbauten bei Dauerbetrieb weitgehend wartungsarm, so dass die Betriebskosten niedrig sind.
Auch kann sich der Einsatz von Schmiertaschen, wie von der Druckschrift EP 1 523 598 vorgeschlagen, erübrigen, so dass auch die Gefahr des Auftretens von Verunreinigungen in dem Bereich der Kontaktflächen beseitigt bist.
Der erfindungsgemäße Gleitwerkstoff und die Verwendung desselben ermöglichen den Einsatz in Lager jedweder Art, auch in hochbelastbare Lagern, ohne Einschränkung deren Beweglichkeit.
Für die Formstabilität des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffes auch bei hoher Kraftbeaufschlagung bestätigen die weitgehend gleichbleibende Dicke und unveränderte Durchmesser.
Ausführungsbeispiele
Das Ausführungsbeispiel betrifft aufgrund seiner Vereinfachung in schematischer Weise eine Ausgestaltung der Erfindung.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst das erfindungsgemäße Topflager einen Stahltopf und Lagerdeckel als Unterbau und eine Gleitplatte als Oberbau, in dem eine kreisbogenförmige Ausnehmung sich befindet. In der Ausnehmung ist ein Kissen mit einem herkömmlichen elastomeren Kunststoff angeordnet. An der umlaufenden Seite des in Draufsicht kreisbogenförmigen Lagerdeckels ist ein umlaufender Kragen angeformt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel befindet sich in der umlaufenden Seite des Lagerdeckels eine umlaufende Nut, in der eine Innendichtung, z. B. ein Ring mit Messing, eingelassen ist. Auf der Oberseite des Lagerdeckels des Unterbaus ist die Gleitscheibe angeordnet oder, wie in einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel offenbart, ist in die Oberseite des Lagerdeckels die Gleitscheibe zumindest teilweise eingelassen. Die Gleitscheibe ermöglicht vorteilhafterweise zumindest reibungsarme relative Verschiebungen von Lagerdeckel und Gleitplatte gegeneinander.
Auch offenbart ein anderes Ausführungsbeispiel, dass auf der Unterseite der Gleitplatte die Gleitscheibe angeordnet, wie verbunden, ist oder, wie in einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel offenbart, ist in die Unterseite der Gleitplatte die Gleitscheibe zumindest teilweise eingelassen, so dass die Gleitscheibe ebenso vorteilhafterweise zumindest reibungsarme relative Verschiebungen von Lagerdeckel und Gleitplatte gegeneinander möglich macht.
In einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst das erfindungsgemäße Topflager einen Unterbau mit einem Lagertopf mit einem das Innere desselben begrenzenden Mantel und einen Oberbau mit einem Lagerdeckel und der Gleitscheibe; das Innere nimmt eine den erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff enthaltende Gleitscheibe auf. Der Lagerdeckel hat einen umlaufenden Kragen und einen innerhalb des Kragens befindlichen Körperabschnitt, welcher mit seinem Körperabschnitt in das Innere des Lagertopfes eingreift und sich auf der Gleitscheibe abstützt. Der Lagerdeckel lässt gegenüber einer das Innere des Lagertopfes begrenzenden Innenseite des Mantels des Lagertopfes einen zwischen dem Mantel und dem Körperabschnitt angeordneten umlaufenden Ringspalt frei. Ein Zwischenraum ist von der Unterseite des Kragens und dem oberen Rand des Mantels des Lagertopfes begrenzt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine entlang der oberen äußeren Kante der Gleitscheibe umlaufend ausgebildete Umfangsnut zur Aufnahme eines Dichtungsrings ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1523598 [0017, 0021, 0024, 0025, 0027, 0027, 0028, 0032, 0108]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN1337-2:2000 [0018]
DIN 53 735: 1983-01 [0020]
RÖMMP LEXIKON Chemie, 10. Auflage, 1999, GEORG THIEME-Verlag, Stuttgart, New York, siehe auch Seiten 3974, 3975 [0020]
RÖMMP LEXIKON Chemie, 10. Auflage, 1999, GEORG THIEME-Verlag, Stuttgart, New York, Seite 1314 [0024]
RÖMMP LEXIKON Chemie, 10. Auflage, 1999, GEORG THIEME-siehe auch 1314 [0025]
ISO 1183-1 [0050]
ISO 62 [0050]
ISO 62 [0050]
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ISO 62 [0050]
ISO 113 57-1/-3 [0050]
ISO 75-1/-2 [0050]
ISO 4589-1/-2 [0056]
ISO 527-1/-2 [0059]
ISO 10350-1 [0059]
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ISO 527-1/-2 [0061]
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ISO 179-1/1eU [0064]
ISO 179-1/1eA [0064]
ISO 180/A [0065]
ISO 2039-1 [0066]
ISO 2039-2 [0066]
IEC 60 243-1 [0068]
IEC 60296 [0068]
IEC 60 243-1 [0068]
IEC 60093 [0068]
IEC 60093 [0068]
IEC 60250 [0068]
IEC 60250 [0068]
IEC 60112 [0068]
ISO 4589-1/-2 [0089]

Claims

Hoch belastbarer Gleitwerkstoff mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und dauerhafter Formstabilität für Lager, insbesondere für Gleitlager, Topflager und/oder Kalottenlager, von Bauwerken, insbesondere von Brückenbauwerken, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitwerkstoff mindestens ein Polyalkylenterephthalat-Derivat, insbesondere mindestens ein Polyethylenterephtalat-Derivat, enthält mit einer Dichte von 1,3 bis 1,6 g/cm³, insbesondere von 1,4 bis 1,5 g/cm³, noch mehr bevorzugt von 1,44 g/cm³, und/oder einer Schmelztemperatur von 180 bis 320°C, insbesondere 200 bis 300°C, noch mehr bevorzugt von 245°C, und/oder einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 60 bis 90°C, vorzugsweise 60 bis 85°C, noch mehr bevorzugt von 75°C, und/oder einer oberen Gebrauchstemperaturgrenze in Luft von 150 bis 180°C, vorzugsweise von 150 bis 170°C, noch mehr bevorzugt von 160°C, aufweist.
Hoch belastbarer Gleitwerkstoff mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und dauerhafter Formstabilität für Lager, insbesondere Gleitlager, Topflager und/oder Kalottenlager, von Bauwerken, insbesondere von Brückenbauwerken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyalkylenterephthalat-Derivat, insbesondere das Polyethylenterephtalat-Derivat, einen homogen verteilten Festschmierstoff enthält.
Betriebssicheres überwachungsarmes Lager eines Bauwerkes mit einem Oberbau und einem Unterbau sowie mindestens einer zwischen dem Oberbau und dem Unterbau und/oder in dem Oberbau und/oder in dem Unterbau angeordneten Gleitscheibe mit einem hoch belastbaren Gleitwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2.
Betriebssicheres überwachungsarmes Lager eines Bauwerkes mit einem Oberbau und einem Unterbau sowie mindestens einer zwischen dem Oberbau und dem Unterbau und/oder in dem Oberbau und/oder in dem Unterbau angeordneten Gleitscheibe mit einem hoch belastbaren Gleitwerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer der gegeneinander verschiebbaren Seiten von Unterbau und/oder Oberbau eine, vorzugsweise durch Aufschmelzung mittels Pulverbeschichtungsverfahren erzeugte, Gleitlackschicht zumindest teilweise aufgetragen ist.
Betriebssicheres überwachungsarmes Lager eines Bauwerkes mit einem Oberbau und einem Unterbau sowie mindestens einer zwischen dem Oberbau und dem Unterbau und/oder in dem Oberbau und/oder in dem Unterbau angeordneten Gleitscheibe mit einem hoch belastbaren Gleitwerkstoff nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dem Oberbau zugewandten Seite des Unterbaues und/oder auf einer dem Unterbau zugewandten Seite des Oberbaues eine, vorzugsweise durch Aufschmelzen mittels Pulverbeschichtungsverfahren erzeugte, Gleitlackschicht zumindest teilweise aufgetragen ist.
Betriebssicheres überwachungsarmes Gleitlager eines Bauwerkes mit einem Oberbau und einem Unterbau und mindestens einer zwischen dem Oberbau und dem Unterbau und/oder in dem Oberbau und/oder Unterbau angeordneten Gleitscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitscheibe mindestens ein Polyalkylenterephthalat-Derivat, insbesondere mindestens ein Polyethylenterephtalat-Derivat, enthält mit einer Dichte von 1,3 bis 1,6 g/cm³, insbesondere von 1,4 bis 1,5 g/cm³, noch mehr bevorzugt von 1,44 g/cm³, und/oder einer Schmelztemperatur von 180 bis 320°C, insbesondere 200 bis 300°C, noch mehr bevorzugt von 245°C, und/oder einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 60 bis 90°C, vorzugsweise 60 bis 85°C, noch mehr bevorzugt von 75°C, und/oder einer oberen Gebrauchstemperaturgrenze in Luft von 150 bis 180°C, vorzugsweise von 150 bis 170°C, noch mehr bevorzugt von 160°C, aufweist.
Betriebssicheres überwachungarmes Gleitlager eines Bauwerks mit einem Oberbau und einem Unterbau, die gegeneinander verschiebbar sind, und mindestens einer zwischen dem Oberbau und dem Unterbau und/oder in dem Oberbau und/oder in dem Unterbau angeordneten Gleitscheibe angeordnet, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbau eine Oberfläche als Lagerfläche aufweist, auf der Lagerfläche des Unterbaues die Gleitscheibe mit dem Gleitwerkstoff angeordnet ist, der Oberbau mit seiner dem Unterbau zugewandten Unterseite auf dem Gleitscheibe aufliegt.
Betriebssicheres überwachungsarmes Topflager eines Bauwerks mit einem Oberbau und einem Unterbau, und mindestens einer zwischen dem Oberbau und dem Unterbau und/oder in dem Oberbau und/oder in dem Unterbau angeordnete Gleitscheibe mit einem Gleitwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbau des Bauwerks einen Lagertopf mit einem sein inneres begrenzenden Mantel und einen Lagerdeckel und der Oberbau eine Gleitplatte umfassen sowie zwischen dem Lagerdeckel und der Gleitplatte die Gleitscheibe mit dem Gleitwerkstoff angeordnet ist.
Betriebssicheres überwachungsarmes Topflager eines Bauwerks mit einem Oberbau und einem Unterbau, zwischen dem Oberbau und dem Unterbau eine Gleitscheibe mit einem Gleitwerkstoff angeordnet ist, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbau des Bauwerks einen Lagertopf mit einem sein Inneres begrenzenden Mantel und der Oberbau eine Gleitplatte und einen Lagerdeckel umfassen und zwischen dem Lagertopf und dem Lagerdeckel die Gleitscheibe mit dem Gleitwerkstoff angeordnet ist.
Betriebssicheres überwachungsfreies Kalottenlager eines Bauwerks mit einem Oberbau und einem Unterbau, zwischen dem Oberbau und dem Unterbau und/oder in dem Oberbau und/oder in dem Unterbau die Gleitscheibe mit einem Gleitwerkstoff angeordnet ist, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbau eine nach innen gekrümmte Oberfläche als Lagerfläche aufweist, auf der Lagerfläche des Unterbaues die Gleitscheibe mit ihrer nach außen gekrümmten Unterseite beweglich angeordnet ist, die Oberseite der Gleitscheibe gekrümmt oder eben ist.