WO2017001232A1

WO2017001232A1 - Verwendung eines thermoplastischen kunststoffs als gleitwerkstoff, verfahren zur herstellung eines gleitelements und bauwerkslager mit einem gleitelement aus thermoplastischem kunststoff

Info

Publication number: WO2017001232A1
Application number: PCT/EP2016/064224
Authority: WO
Inventors: Christian Braun
Original assignee: Maurer Soehne Engineering GmbH and Co KG
Current assignee: Maurer Soehne Engineering GmbH and Co KG
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2017-12-29
Also published as: DE102015110443A1

Abstract

Verwendung von einem und Herstellverfahren für einen thermoplastischen Kunststoff als Gleitwerkstoff für ein Gleitelement (6) in einem Bauwerkslager (1), wobei der Gleitwerkstoff hinsichtlich seiner Festigkeit durch Vernetzung so modifiziert ist, dass der Wert seiner charakteristischen Druckfestigkeit bei einer gegenüber einer Vergleichstemperatur um mindestens 5k erhöhten Temperatur derjenigen entspricht, die bei einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff bei der Vergleichstemperatur erreicht wird. Zudem betrifft die Erfindung auch mit dem Gleitwerkstoff hergestellte Bauwerkslager.

Description

Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff, Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements und Bauwerkslager mit einem Gleitelement aus thermoplastischem Kunststoff

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff für ein Gleitelement in einem Bauwerkslager, ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements eines Bauwerkslagers unter Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff, sowie ein Bauwerkslager mit einem Gleitelement, das nach einem solchen Verfahren hergestellt worden ist.

Unter einem Bauwerkslager sollen hier solche Lager verstanden werden, die ganz allgemein in Bauwerken zur Lagerung desselben bzw. Teilen davon vorgesehen sind. Dies sind insbesondere solche Lager, die unter den Regelungsbereich der Europäischen Norm EN 1337 fallen. Es kann sich also um Bauteile handeln, die Verdrehungen zwischen zwei Bauwerksteilen ermöglichen und anforderungsgemäß definierte Lasten übertragen und Verschiebungen verhindern (feste Lager) oder in einer Richtung (geführte Lager) oder in allen Richtungen einer Ebene (allseitig bewegliche Lager) erlauben. Die gebräuchlichsten Bauwerkslager sind in Tabelle 1 der EN 1337 in deren aktuell gültiger Fassung von 2004 und dort in deren Teil 1 (kurz EN 1337-1 :2004) aufgeführt. Weitere Bauarten bzw. Abwandlungen sind aber auch in anderen Normen zu finden, wie etwa den Lagern zur Erdbebenisolation, die in der EN 15129 speziell normiert sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich hierbei vor allem auf Gleitlager unterschiedlichster Ausprägung wie etwa Kalottengleitlager, oder die in EN 15129 genannten und zur Erdbebenisolation eingesetzten Gleitpendellager, etc..

Unter einem Gleitelement sind dabei solche Teile eines Bauwerkslagers zu verstehen, die eine gleitende Bewegung zwischen den Teilen des Bauwerkslagers sicherstellen. Dies sind beispielsweise solche Teile aus einem thermoplastischen Kunststoff, die unter den Regelungsbereich des Teils 2 der EN 1337 in der Version von 2004 (kurz EN 1337-2:2004) fallen.

Aber anders als in der EN 1337-2:2004 festgelegt, betrifft die Erfindung nicht nur die Verwendung von PTFE (Handelsname Teflon) sondern auch ganz allgemein andere Thermoplaste wie etwa UHMWPE (Ultrahochmolekulares Polyethylen), PA (Polyamid) und Mischungen daraus.

Die Anforderungen an derart eingesetzte thermoplastische Gleitwerkstoffe sind grundsätzlich bekannt. Zum einen sollen sie ein gleichmäßiges Verteilen und Abtragen der auf das Bauwerkslager wirkenden Auflast ermöglichen. Andererseits müssen sie die Aufnahme der Gleitbewegungen im Bauwerkslager (translatorische, wie auch gegebenenfalls rotatorische Bewegungen) so aufnehmen, dass es - jedenfalls im Gebrauchszustand - nicht zu Beschädigungen des Bauwerks kommt. Insofern sind die Gleitbewegungen mit anwendungsspezifischen Anforderungen an den Reibwert zu realisieren. Die EN 1337-2:2004 definiert derartige Anforderungen an den Reibwert, allerdings nur für Gleitteile aus PTFE. In der EN 15129 werden, insbesondere im Abschnitt 8.3, allgemeine Prüfanforderungen für die Bestimmung der Reibung zur Dissipation während eines Erdbebens definiert. Ferner soll ein solcher Gleitwerkstoff natürlich auch gegenüber Umgebungseinflüssen wie etwa der Temperatur, Feuchte, aber auch aggressiven Medien wie etwa saurem Regen oder Luftverschmutzungen beständig sein und einen möglichst großen Widerstand gegen Verschleiß haben.

Erfahrungsgemäß weisen Thermoplaste unterschiedlich ausgeprägte Eigenschaften auf, sodass ihre Auswahl mit Blick auf die Verwendung in einem solchen Bauwerkslager nur unter Eingehen verschiedener Kompromisse zwischen den entsprechenden Anforderungsprofilen erfolgen kann.

Ein besonders guter Kompromiss aus einem besonders tragfähigen, verschleißfesten und auch gegen Umgebungseinflüsse widerstandsfähigen Gleitwerkstoff ist der Anmelderin mit ihrem unter dem Handelsnahmen MSM^® vertriebenen Gleitwerkstoff gelungen. Dieser kommt in Form von Gleitelementen zu Anwendung, die sowohl als ebene und/oder gekrümmten Gleitscheiben aber auch als Führungen ausgebildet sind. Besonders erfolgreich ist die Anwendung im Bereich der Gleitlager, zum Beispiel in sogenannten Kalotten-Gleitlagern oder aber auch zur Erdbebenisolation in Gleitpendellagern. Der MSM-Gleitwerkstoff hat regelrecht zu einer Revolution des Bauwerkslagerbaus geführt, da er zu einer deutlich größeren Haltbarkeit der Lager bei niedrigeren Herstellungskosten geführt hat.

Trotz dieser hervorragenden Eigenschaften hat sich aber gezeigt, dass diese an sich bereits sehr weit verbreiteten Bauwerkslager in bestimmten Anwendungsgebieten, insbesondere in heißen Regionen an ihre Leistungsgrenzen stoßen. Dies weil bei den bislang im Bauwerkslagerbau weit verbreiteten Thermoplasten (wie PTFE, UHMWPE) gerade die Druckstabilität bei höherer Temperatur abnimmt und die Energiedissipation bei ungeschmierter Verwendung nicht zufriedenstellend ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verwendung von thermoplastischen Gleitwerkstoffen in Bauwerkslagern aufzuzeigen, die den Einsatz auch bei höheren Temperaturen und/oder Pressungen ermöglichen und/oder den Gleitwiderstand bei derartigen Pressungen zu beeinflussen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff für ein Gleitelement in einem Bauwerkslager gemäß Anspruch 1 , bei dem der Gleitwerkstoff hinsichtlich seiner Festigkeit durch Vernetzung so modifiziert ist, dass der Wert seiner charakteristischen Druckfestigkeit bei einer gegenüber einer Vergleichstemperatur um mindestens 5K erhöhten Temperatur derjenigen entspricht, die bei einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff bei der Vergleichstemperatur erreicht wird.

Der erfindungsgemäß zu verwendende Kunststoff ist also hinsichtlich seiner Eigenschaften durch Vernetzung so modifiziert, dass sein Pressungsverhalten ein bestimmtes ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass man mithilfe von Vernetzung die Festigkeit von Thermoplasten gezielt so verändern kann, dass der Gleitwerkstoff auch bei höheren Temperaturen unter hohem Druck nur in begrenztem Maße fließt und das Fließen nach einer gewissen Zeit praktisch zum Stillstand kommt. Dabei hat man anmelderseitig erkannt, dass man sich diese Eigenschaften gerade im Bauwesen auf besonders verblüffende Weise zu nutze machen kann. Denn Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass eine gezielt auf die Erhöhung der Festigkeit ausgelegte Vernetzung überraschend wenig Einfluss auf den Reibwert selbst unterschiedlichster Thermoplaste nimmt und wenn, dann für bestimmte Anwendungsgebiete sogar in zum Teil besonders vorteilhafter Weise. Insofern erweitert die erfindungsgemäße Verwendung solcher mit Blick auf die Erhöhung der Festigkeit gezielt vernetzter Thermoplaste deutlich den Einsatzbereich derartiger Bauwerkslager.

Üblicher Weise wird der Wert der charakteristischen Druckfestigkeit in einem Pressungsversuch an einem speziellen Maßvorgaben entsprechenden und aus dem Gleitwerkstoff bestehenden Probekörper ermittelt. Unter charakteristischer Druckfestigkeit soll hierbei diejenige verstanden werden, die in der EN 1337-2:2004 verwendet wird. Vergleichstemperatur kann dabei eine übliche Temperatur sein, etwa 35°C.

Ein geeigneter Pressungsversuch mit Maßvorgaben und den Bedingungen unter denen er durchgeführt werden soll, ist etwa in der Europäischen Technischen Zulassung (European Technical Approval) ETA 06/0131 und deren Zulassungsleitlinie angegeben. Unter einem Pressungsversuch ist demnach ein Versuch zu verstehen, bei dem eine teilweise gekammerte Probe (konkrete Angaben zu Formgebung, Kammerung und Beaufschlagung des Probekörpers sind wie gesagt in der ETA 06/0131 und deren Zulassungsleitlinie angegeben) in Form einer flachen Kreisscheibe mit der gewünschten Temperatur und Flächenpressung beaufschlagt wird. Der Setzungsvorgang muss nach einer vorgegebenen Zeit (dies sind in der Regel 48 Stunden) zum Stillstand kommen. Die Probe wird nach dem Entlasten auf Schäden (z.B. Risse) geprüft. Als charakteristische Druckfestigkeit wird die maximale Pressung definiert, bei der die Setzung wie besagt zum Stillstand kommt und gerade noch keine Schäden auftreten. In der Regel wird daher die maximal aufnehmbare Pressung und damit die charakteristische Druckfestigkeit iterativ durch mehrere solcher Tests ermittelt.

Bevorzugt wird ein thermoplastischer Kunststoff verwendet, der einen niedrigeren E-Modul als Polyamid (PA) oder Polyethylenterephthalat (PET) hat. Denn Versuche haben gezeigt, dass es gerade die besonders steifen Thermoplaste (wie z.B. PA, PET) sind, die Probleme verursachen und dass man deren positive Pressungseigenschaften auch durch Vernetzung bislang als schwächer eingestufter Thermoplaste wie etwa UHMWPE erreichen kann. Denn gerade die bislang für den Einsatz bei erhöhten Temperaturen üblicherweise herangezogen steifen Thermoplaste zeigen ein inhomogenes Lastabtragverhalten. Außerdem zeigen sie in Reibpaarungen deutlichen Stick-Slip- Effekt, was gerade bei Erdbebenlager im Katastrophenfall ein Verkleben des Lagers und damit katastrophale Auswirkungen haben kann. All dies hat man bei der erfindungsgemäßen Verwendung weniger steifer aber entsprechend vernetzter thermoplastischer Kunststoffe nicht. Zweckmäßiger Weise wird der E-Modul im Zugversuch nach DIN ISO 527-2 ermittelt. Denkbar sind aber auch andere Arten der Ermittlung, wie etwa ein Biegeversuch.

Weiterbildend wird ein thermoplastischer Kunststoff als Gleitwerkstoff verwendet, bei dem der Wert der charakteristischen Druckfestigkeit bis mindestens zu einer Temperatur von 40 °C, vorzugsweise 48 °C, derjenigen entspricht, die bei einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff bei 35 °C erreicht wird. Da Bauwerkslager selten direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, reicht bereits eine solche Ausweitung des Temperaturanwendungsbereiches um den Einsatzbereich derartiger Lager spürbar im Vergleich zu bekannten Lagern mit entsprechenden aber unvernetzten Gleitwerkstoffen zu erreichen.

Bevorzugt entspricht der Wert der charakteristischen Druckfestigkeit bis mindestens zu einer Temperatur von 60 °C, derjenigen, die bei einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff bei 48 °C erreicht wird. Noch vorteilhafter ist es, wenn der Wert der charakteristischen Druckfestigkeit bis mindestens zu einer Temperatur von 60 °C, derjenigen entspricht, die bei einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff bei 70 °C erreicht wird. Dies erweitert den Einsatzbereich im Vergleich mit entsprechenden aber unbehandelten Gleitwerkstoffen nochmals spürbar. Zudem zeigen die Versuche der Anmelderin, dass gerade bei Verwendung von derart modifizierten Gleitwerkstoffen ein besonders im Bauwerkslagerbau wünschenswert guter Kompromiss zwischen den Gleiteigenschaften und den Setzungseigenschaften erreicht wird.

Weiterbildend erfolgt die Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff bei dem der Wert der charakteristischen Druckfestigkeit bei Vergleichstemperatur um mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10 %, höher ist, als bei einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff. Zunächst führt dies dazu, dass aufgrund der erhöhten Festigkeit die Lager bei gleicher Temperaturbelastung kleiner und damit kostensparender hergestellt werden können. Zudem kann anhand dieses Kriteriums eine Auswahl des zu verwendenden Kunststoffes derart erfolgen, dass sichergestellt ist, dass bei erhöhten Temperaturen immer noch Festigkeitswerte erreicht werden, die in etwa denen entsprechen, die etwa bei einer üblichen Vergleichstemperatur von z.B. 35° Celsius bei unbehandelten bzw. nicht vernetzten entsprechenden Gleitwerkstoff erreicht werden. Bevorzugt wird die wird ein thermoplastischer Kunststoff als Gleitwerkstoff verwendet, bei dem die maximal zulässige Pressung mindestens 225 N/mm² bei Temperaturen zwischen -50 °C und 35 °C beträgt. Hier gilt das zuvor bereits ausgeführte in nochmals verstärktem Maße.

Bevorzugt entspricht der der maximale Reibungskoeffizient in einem Langzeit-Gleitreibungsversuch nach Anhang D der EN 1337-2:2004 bei bis zu wenigstens 40 °C, vorzugsweise bei bis zu 50 °C und/oder bei bis zu 70°C konstanter Pressung (Kontaktdruck σ_ρ), der eines entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoffs mit ab 35 °C der Druckfestigkeit entsprechend reduzierter Pressung. Denn wenn derartige Festigkeiten auch bei höheren Temperaturen erreicht werden, müssen nun die Langzeitversuche nicht mehr wie noch in Anhang D der EN 1337-2:2004 gefordert bei einem Drittel der Druckfestigkeit gefahren werden. Nähere Angaben zu einem geeigneten Langzeit- Gleitreibungsversuch und wie dieser auszuführen ist, sind z.B. in der ETA 06/0131 und deren Zulassungsleitlinie gegeben. Dies erleichtert die Verwendung des entsprechenden Gleitwerkstoffes im industriellen Einsatz im Bauwesen deutlich, da Zulassungen im besten Fall entfallen oder aber zumindest leichter und schneller erlangt werden können.

Weiterbildend ist es von Vorteil, wenn der Gleitwerkstoff bei wenigstens 40° Celsius, vorzugsweise bei 50° Celsius und/oder bei 70° Celsius, einen erhöhten Verschleißwiederstand im Vergleich zu einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff bei 35° Celsius aufweist. So ist sichergestellt, dass bei konstant gehaltenen Pressungseigenschaften auch der Verschleiß geringer ist. Ist dies der Fall, kann erfindungsgemäß mit großer Sicherheit angenommen werden, dass auch die entsprechenden Reibeigenschaften im Vergleich zu unbehandeltem Material beibehalten bzw. sogar noch verbessert werden können.

Weiterbildend bzw. alternativ weist der Gleitwerkstoff einen auf Grund der Vernetzung erhöhten Reibwert im Vergleich zu dem eines entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoffs auf. So hat sich gezeigt, dass man durchaus auch über eine gezielte Einstellung der Vernetzung den Reibwert des Gleitwerkstoffs so beeinflussen kann, dass sich erhöhte Reibwerte einstellen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Gleitwerkstoff in Gleitteilen für Lager zur Energiedissipation verwendet werden soll. Insbesondere bei energiedissipierenden Lagern für die Erdbebenisolation ist es nämlich wünschenswert, dass durch Reibung im Bauwerkslager auch ein Teil der Energie der Erdbebenstöße abgebaut wird. Insofern ist es auch von Vorteil, dass wegen der besseren Temperaturbeständigkeit eine insgesamt höhere Energieaufnahmefähigkeit im zu verwendenden Gleitwerkstoff erreicht wird. Insofern kann daher auch ein höherer Reibwert im Gleitwerkstoff akzeptiert werden, als bei entsprechenden Gleitwerkstoffen, die nicht vernetzt sind. Weiterbildend weist der Gleitwerkstoff wenigstens ein Polymer, insbesondere PTFE, UHMWPE und/oder Polyamid als Bestandteil auf. Dabei können durchaus auch Mischungen der unterschiedlichen Polymere miteinander zur Anwendung kommen.

Ferner ist es von Vorteil, wenn wenigstens eine Oberfläche des Gleitelements vollflächig und/oder teilweise vernetzt worden ist. Die vollflächige Vernetzung wenigstens einer Oberfläche des Gleitelements erfolgt zweckmäßigerweise an der Seite, an der das Gleitelement der Reibung ausgesetzt wird. Dies ist üblicherweise die Fläche, die mit der Gegengleitfläche im Lager in Berührung kommt. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn die Oberfläche nicht ganz vollflächig vernetzt ist, sondern nur teilweise. So kann beispielsweise gezielt nur der Randbereich eines als Gleitscheibe ausgebildeten Gleitelements vernetzt werden, da dieser erhöhten Randspannungen bzw. Pressungen ausgesetzt ist. So erhält man ein einstückiges Gleitelement mit zum Teil recht unterschiedlichen Pressungs- und Reibeigenschaften, ohne die sonst bei mehrteiligen Gleitteilen durch Fugen etc. entstehenden Nachteile.

Bevorzugt wird jedoch ein Gleitwerkstoff verwendet, der über wenigstens einen Teil der Dicke, vorzugsweise über die gesamte Dicke, des Gleitelements oder einem Teil davon vernetzt ist. So ist sichergestellt, dass auch nach längerem Betrieb des Lagers noch die gewünschten Eigenschaften des Gleitwerkstoffs vorhanden sind und sich nicht mit zunehmendem Abrieb bzw. Verschleiß in ungewünschter Weise verändern.

Zweckmäßigerweise kommt der Gleitwerkstoff geschmiert in einem als Gleitlager ausgebildeten Bauwerkslager zur Verwendung. Alternativ wird der Gleitwerkstoff aber auch ungeschmiert in einem energiedissipierenden Bauwerkslager zu Erbebenisolation verwendet.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe gelingt auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements eines Bauwerkslagers unter Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffes als Gleitwerkstoff gemäß Anspruch 16, bei dem wenigstens eine Oberfläche des Gleitelements vollflächig und/oder teilweise vernetzt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den unter Ansprüchen 17-25 enthalten.

Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens ist, dass es auf relativ einfacher Art und Weise möglich wird, Eigenschaften des Gleitelements bzw. des Gleitwerkstoffes aus dem dieses besteht, mit Hilfe der Vernetzungsverfahren zu modifizieren bzw. zu beeinflussen. Dies hat den Vorteil, dass eine relativ kostengünstige Anpassung der Eigenschaften des Gleitwerkstoffes erfolgen kann.

Wie bereits obenstehend erläutert erfolgt die Vernetzung jedoch bevorzugt über die gesamte Dicke des Gleitelements bzw. einem Teil davon. So ist sichergestellt, dass auch nach längerem Betrieb des Lagers noch die gewünschten Eigenschaften des Gleitwerkstoffs vorhanden sind und sich nicht mit zunehmendem Abrieb bzw. Verschleiß in ungewünschter Weise verändern.

Vorteilhafterweise erfolgt die Vernetzung des Gleitwerkstoffes durch einen Beschuss mit energiereichen Teilchen (z.B. durch Alpha- und/oder Beta-Strahlung) und/oder durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung (z.B. Gamma- und/oder Synchrontron-Strahlung). Diese Art der Vernetzung hat sich im Vergleich zur chemischen Vernetzung als besonders gut geeignete Form heraus kristallisiert. Insbesondere kann sie auf relativ einfache und unproblematische Art und Weise an die unterschiedlichen Bedürfnisse im Bauwerkslagerbau angepasst werden.

Weiterbildend erfolgt der Beschuss bei der Vernetzung mittels energiereicher Teilchen und/oder elektromagnetischer Strahlung mit einer Teilchen- bzw. Photonenenergie von wenigstens zwei MeV und/oder maximal 20 MeV. In diesen Bereichen haben sich erfindungsgemäß die besten Steigerungswerte bei der zulässigen Pressung bei den unterschiedlichen thermoplastischen Gleitwerkstoffen gezeigt.

Es ist dabei von Vorteil, wenn die Vernetzung des Gleitwerkstoffs zumindest bereichsweise mit unterschiedlicher Intensität erfolgt. So kann die Vernetzung den entsprechenden Bedürfnissen im jeweiligen Bauwerkslager an das entsprechende Gleitelement beziehungsweise dem Gleitwerkstoff angepasst werden. Gerade bei als Gleitscheiben ausgebildeten Gleitelementen ist es nämlich von Vorteil, wenn die Ränder der Gleitscheibe höhere Pressungen aufnehmen können, als der zentrale innere Bereich der Gleitscheibe. Da die zulässige Pressung der Gleitscheibe maßgeblich durch die Stabilität des gebildeten Randwulstes bestimmt wird, ist besonders hier eine erhöhte Festigkeit von Vorteil. So kann durch ein nur bereichsweise intensiveres Vernetzen zur Erhöhung der Pressung im Randbereich ein insgesamt immer noch sehr guter Kompromiss zwischen erhöhten Pressungswerten, Gleiteigenschaften und auch Kosten bei der Herstellung erzielt werden. Ebenfalls kann es von Vorteil sein, wenn durch selektive Vernetzung bereichsweise erhöhte Reibwerte erzielt werden, zum Beispiel um im Randbereich eines energiedisspierenden Lagers eine höhere Dämpfung zu erzielen.

Es hat sich gezeigt, dass die Intensität der Vernetzung zweckmäßigerweise über eine Steuerung eines Bestrahlungsgerätes eingestellt wird, wobei vorzugsweise eine Strahlungsdosis von 20 kGy bis 500 kGy verwendet wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache Einstellung der Intensität der Vernetzung. Ergänzend oder aber auch alternativ kann die Intensität der Vernetzung auch durch Verwendung einer auf den Gleitwerkstoff aufgelegten Maske eingestellt werden. Diese kann weiterbildend aus einem Strahlungsabsorbierenden Material bestehen und ein Lochmuster aufweisen. Es ist aber auch denkbar, dass eine Maske verwendet wird, die ein erstes die Strahlung nur teilweise absorbierendes Material und wenigstens ein zweites die Strahlung ebenfalls nur teilweise absorbierendes Material aufweist. So können Masken mit unterschiedlicher Strahlungsdurchlässigkeit durch Übereinanderlegen von unterschiedlichen Maskenmaterialien auf relativ einfache Art und Weise kostengünstig hergestellt werden.

Ergänzend oder alternativ kann eine Maske verwendet werden, die aus einem Strahlungsabsorbierenden Material besteht und einen variablen, vorzugsweise vom Rand zur Mitte hin zunehmenden, Dickenverlauf aufweist. So gelingt auf einfache Weise die Herstellung einer variierenden Vernetzung.

Ferner gelingt die Lösung der Aufgabe mit einem Bauwerkslager mit einem Gleitelement, das nach einem der zuvor geschilderten Herstellungsverfahren hergestellt worden ist. Ein solches Bauwerkslager weist erfindungsgemäß nämlich die besonders positiven zuvor schon geschilderten Pressungseigenschaften des Gleitwerkstoffs auf, was insbesondere dazu führt, dass das gesamte Bauwerkslager in einem breiteren Anwendungsbereich verwendet bzw. vermarktet werden kann.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Darin zeigen schematisch:

Fig.1 einen teilweisen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauwerkslager mit einem scheibenförmigen Gleitelement aus einem erfindungsgemäß verwendeten Gleitwerkstoff;

Fig. 2 die Darstellung der charakteristischen Druckfestigkeiten eines ersten erfindungsgemäß verwendeten Gleitwerkstoffs im Vergleich zu herkömmlichen PTFE und im Vergleich zu herkömmlichem UHMWPE;

Fig. 3 die Darstellung der charakteristischen Druckfestigkeiten eines zweiten erfindungsgemäß verwendeten Gleitwerkstoffs im Vergleich zu herkömmlichen PTFE und im Vergleich zu herkömmlichem UHMWPE;

Fig. 4 ein scheibenförmiges Gleitelement mit einer daraufgelegten Maske, die Strahlung absorbiert;

Fig. 5 ein scheibenförmiges Gleitelement mit einer aufgelegten Strahlung absorbierenden Maske, die gelocht ist;

Fig. 6 ein scheibenförmiges Gleitelement mit einer aufgelegten Strahlung absorbierenden Maske mit Konturverlauf;

Fig.7 eine Maske mit einem kegelförmigen Dickenverlauf; Fig. 8 eine aus mehreren Schichten Strahlung absorbierenden Materials bestehende Maske; und

Fig.9 eine aus unterschiedlich stark strahlungsabsorbierenden Materialien bestehende Maske.

Bei dem in Fig. 1 in teilweise freigeschnittener Darstellung (linker Teil der Darstellung) gezeigten Bauwerkslager 1 handelt es sich um ein als sogenanntes Kalottengleitlager ausgebildetes Gleitlager grundsätzlich bekannter Bauart. Dieses wird hier nur zur Veranschaulichung dessen gezeigt, was prinzipiell unter einem Bauwerkslager zu verstehen ist. In Bezug auf die vorliegende Erfindung spielt die Bauart des Lagers jedoch keine Rolle. Es könnte sich also auch um ein beliebig anders ausgestaltetes Bauwerkslager mit einem erfindungsgemäßen Gleitelement 6 handeln.

Das in Fig. 1 gezeigte Bauwerkslager 1 weist eine Oberplatte 2, eine Kalotte 3, eine Unterplatte 4, ein Gleitblech 5 und ein mit dem Gleitblech 5 in gleitendem Kontakt stehendes Gleitelement 6 in Form einer Gleitscheibe aus einem thermoplastischen Kunststoff auf.

Bei dem hier gezeigten Lager 1 handelt es sich allerdings um ein Bauwerkslager, in dem erfindungsgemäß ein gezielt vernetzter thermoplastischer Kunststoff als Gleitwerkstoff für das Gleitelement 6 verwendet wird. Dieser Gleitwerkstoff ist hinsichtlich seiner Festigkeit durch Vernetzung so modifiziert, dass eine maximal charakteristische Druckfestigkeit von 180 N/mm² bis mindestens zu einer Temperatur von 40 °C aufrechterhalten wird.

Dies zeigt sich insbesondere in dem in Fig. 2 mit K1 bezeichneten Verlauf der charakteristischen Druckfestigkeiten in Abhängigkeit der Temperatur eines ersten Ausführungsbeispiels eines derart modifizierten Gleitwerkstoffs. Konkret handelt es sich hierbei um ein vernetztes UHMWPE, das gemäß Kurve K1 eine weitgehend stabile charakteristische Druckfestigkeit von ca. 180 N/mm² bis zur Temperatur von 50 °C aufweist. Von da an fällt die charakteristische Druckfestigkeit relativ stetig auf einen Wert von ca. 135 N/mm² bei 70 °C ab. Dies entspricht der charakteristischen Druckfestigkeit von bekannten Gleitwerkstoffen aus UHMWPE, siehe Kurve K2, allerdings bei ca. 50 °C und zeigt die deutliche Steigerung des Einsatzbereichs des so modifizierten UHMWPE.

Die besonders herausragende Eignung des erfindungsgemäß modifizierten Gleitwerkstoffes zeigt sich insbesondere im Vergleich mit dem in Fig. 2 in gestrichelter Darstellung dargestellten Verläufen der charakteristischen Druckfestigkeit von PTFE. PTFE ist noch immer der am weitesten verbreitete thermoplastische Gleitwerkstoff im Bauwerkslagerbau. Dieser hat bei 30° C nur eine charakteristische Druckfestigkeit von etwa 90 N/mm²., siehe Kurve K4. Die Festigkeit fällt dann bei steigender Temperatur bis auf einen Wert von ca. 50 N/mm² bei ca. 48° C ab. Durch das erfindungsgemäße Verwenden gezielt vernetzter thermoplastischer Kunststoffe, kann aber auch die charakteristische Druckfestigkeit im Vergleich zu den für UHMWPE bekannten Werten von ca. 180 N/mm² auf über 220 N/mm² angehoben werden. Der Verlauf der charakteristischen Druckfestigkeiten in Abhängigkeit der Temperatur eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in Fig. 3 und dort mit der Kurve K3 gezeigt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden Werte der charakteristischen Druckfestigkeit von 90 N/mm² bei 80° C erreicht, siehe ebenfalls Kurve K3.

In Fig. 4 bis Fig. 8 sind unterschiedliche Formen der Bestrahlung zur gezielten Vernetzung des Gleitwerkstoffs unter Verwendung von unterschiedlich gestalteten Masken 7 dargestellt. In allen Ausführungsformen erfolgt die Bestrahlung von oben auf das darunterliegende Gleitelement 6, wie die Pfeile 9 in Fig. 4 und Fig. 8 andeuten.

In Fig. 4 ist eine sehr einfache Form einer solchen Maske 7 dargestellt. Vorliegend handelt es sich um eine Kreisform. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Maske 7 einen kleineren Durchmesser als das ebenfalls kreisförmige Gleitelement 6 hat, führt die Maske 7 bei dem hier gezeigten, zentrierten Auflegen zu einem ringförmigen Vernetzungsbereich 11 mit konstanter Breite und dementsprechend modifizierten Materialeigenschaften am Rand des Gleitelements 6.

In Fig. 5 weist die Maske 7 ebenfalls eine kreisförmige Außenkontur aber zudem auch diverse Löcher 8 auf. Insofern können die Strahlen 9 das darunter liegende Gleitelement 6 nur durch die Löcher 8 und im Randbereich treffen, sodass es nur in den Bereichen 10 am Rand und unter den Löchern 8 der Maske 7 zu einer bereichsweisen Bestrahlung 10 kommt. Diese Bereiche 10 werden also vernetzt.

Entsprechendes gilt auch für die Ausführungsform der Maske 7 in Fig. 6. Diese hat eine wellenförmige Außenkontur, sodass sich ein unterschiedlich breiter randseitiger Ring im Gleitelement 6 als Bestrahlungsbereich 10 ergibt. Hier stellt sich also ein ringförmiger bestrahlter Bereich 10 mit unterschiedlicher Dicke ein.

Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich schließlich um eine Maske 7 mit kegelförmig zur Mitte hin ansteigender Dicke aus einem teilweise strahlungsdurchlässigem Material. Insofern stellt sich im Gleitwerkstoff des Gleitelements 6 eine gradierte Strahlungsdosis ein. Mit zunehmender Dicke der Maske 7 gelangt weniger Strahlung auf das Gleitelement 6. Insgesamt ergibt sich also eine gradierte Vernetzung und entsprechende Einstellung der Festigkeit des Gleitelementes 6 bzw. des Gleitwerkstoffes in radialer Richtung.

Eine einfachere Variante zur Erzeugung unterschiedlich intensiver Vernetzung ist in Fig.8 gezeigt. Hier wird auf ein Gleitelement 6 eine erste Maske 7a und darauf eine zweite Maske 7b angeordnet. Allein schon durch die Überlagerung entstehenden unterschiedlichen Dicken ergibt sich eine unterschiedlich intensive Bestrahlung. Da auch in diesem Beispiel die erste Maske 7a einen kleineren Scheibendurchmesser aufweist als das Gleitelement 6 stellt sich am Rand des Gleitelements 6 ein vollbestrahlter, ringförmiger erster Bestrahlungsbereich 10a ein. Im Bereich des Gleitelementes 6, der nur durch die erste Maske 7a abgedeckt ist, stellt sich ein ebenfalls ringförmiger zweiter Bestrahlungsbereich 10b ein, der einer weniger intensive Bestrahlung ausgesetzt ist. Hier ist die Vernetzung des Gleitwerkstoffs daher weniger intensiv.

Eine weitere Variante zur Erzeugung unterschiedlich intensiver Vernetzungsbereiche ist in Fig. 9 gezeigt. Hier wird auf dem Gleitelement 6 eine erste ringförmige Maske 7a und in dieser eine zweite scheibenförmige Maske 7b angeordnet, die Masken 7a und 7b bilden zusammen also die Maske 7. Im vorliegenden Beispiel besteht die erste Maske 7a aus einem Material, das mehr Strahlung durchläset, als das Material aus dem die zweite Maske 7b besteht. Insofern stellt sich auch hier ein vollbestrahlter erster Bestrahlungsbereich 10a ein. Im Bereich des Gleitelementes 6, der durch die erste Maske 7a abgedeckt ist, stellt sich ein ebenfalls ringförmiger zweiter Bestrahlungsbereich 10b ein, der einer weniger intensive Bestrahlung ausgesetzt ist und in der Mitte unterhalb der zweiten Maske 7b bleibt ein Bereich über, der am geringsten (vorliegend unbestrahlt) bestrahlt ist.

Bezugszeichenliste

Bauwerkslager

Oberplatte

Kalotte

Unterplatte

Gleitblech

Gleitelement

Maske

a erste Maske

b zweite Maske

Loch

Strahlung

0 Bestrahlungsbereich

0a erster Bestrahlungsbereich

0b zweiter Bestrahlungsbereich

Claims

Patentansprüche

Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff für ein Gleitelement (6) in einem Bauwerkslager (1 ),

dadurch gekennzeichnet, dass

der Gleitwerkstoff hinsichtlich seiner Festigkeit durch Vernetzung so modifiziert ist, dass der Wert seiner charakteristischen Druckfestigkeit bei einer gegenüber einer

Vergleichstemperatur um mindestens 5K erhöhten Temperatur derjenigen entspricht, die bei einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff bei der Vergleichstemperatur erreicht wird.

Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass

der thermoplastische Kunststoff einen niedrigeren E-Modul als Polyamid oder

Polyethylenterephthalat hat.

Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Wert der charakteristischen Druckfestigkeit bis mindestens zu einer Temperatur von 40 °C, vorzugsweise 48 °C, derjenigen entspricht, die bei einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff bei 35 °C erreicht wird.

dadurch gekennzeichnet, dass

der Wert der charakteristischen Druckfestigkeit bis mindestens zu einer Temperatur von 60 °C, derjenigen entspricht, die bei einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff bei 48 °C erreicht wird.

dadurch gekennzeichnet, dass

der Wert der charakteristischen Druckfestigkeit bis mindestens zu einer Temperatur von 60 °C, derjenigen entspricht, die bei einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff bei 70 °C erreicht wird.

6. Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Wert der charakteristischen Druckfestigkeit bei Vergleichstemperatur um mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10 %, höher ist, als bei einem entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoff.

7. Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach einem der

vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Wert der charakteristischen Druckfestigkeit mindestens 225 N/mm² bei Temperaturen zwischen -50 °C und 35 °C beträgt.

8. Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach einem der

vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der maximale Reibungskoeffizient in einem Langzeit-Gleitreibungs-versuch nach Anhang D der EN 1337-2:2004 bei bis zu wenigstens 40 °C, vorzugsweise bei bis zu 50 °C und/oder bei bis zu 70°C konstanter Pressung (Kontaktdruck σ_ρ), der eines entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoffs mit ab 35 °C der Druckfestigkeit entsprechend reduzierter Pressung entspricht.

9. Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach einem der

vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Gleitwerkstoff bei wenigstens 35° C, vorzugsweise bei 50° C und/oder bei 70° C, einen erhöhten Verschleißwiderstand im Vergleich zu dem eines entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoffs bei 35° C aufweist.

10. Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach einem der

vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Gleitwerkstoff einen aufgrund der Vernetzung erhöhten Reibwert im Vergleich zu dem eines entsprechenden aber nicht vernetzten Gleitwerkstoffs aufweist. 1. Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach einem der

vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Gleitwerkstoff wenigstens ein Polymer, insbesondere PTFE, UHMWPE und/oder PA, als Bestandteil aufweist.

12. Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach einem der

vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens eine Oberfläche des Gleitelements vollflächig und/oder teilweise vernetzt worden ist.

13. Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach einem der

vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Gleitwerkstoff über wenigstens einen Teil der Dicke, vorzugsweise über die gesamte Dicke, des Gleitelements oder einem Teil davon vernetzt worden ist.

14. Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach einem der

vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Gleitwerkstoff geschmiert in einem als Gleitlager ausgebildeten Bauwerkslager (1 ) verwendet wird.

15. Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff nach einem der

vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Gleitwerkstoff ungeschmiert in einem ernergiedissipierenden Bauwerkslager zur

Erdbebenisolation verwendet wird.

16. Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements eines Bauwerkslagers unter Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Gleitwerkstoff,

dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens eine Oberfläche des Gleitelements (6) vollflächig und/oder teilweise vernetzt wird.

17. Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements nach

Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Gleitwerkstoff über wenigstens einen Teil der Dicke, vorzugsweise über die gesamte Dicke, des Gleitelements oder einem Teil davon vernetzt wird.

18. Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die Vernetzung des Gleitwerkstoffs durch einen Beschuss mit energiereichen Teilchen und/oder durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung (9) erfolgt.

19. Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Beschuss mittels energiereichen Teilchen und/oder elektromagnetischer Strahlung mit einer Teilchen- bzw. Photonenenergie von wenigstens 2 MeV und/oder maximal 20 MeV erfolgt.

20. Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die Vernetzung des Gleitwerkstoffs zumindest bereichsweise mit unterschiedlicher Intensität erfolgt.

21. Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die Intensität der Vernetzung über eine Steuerung eines Bestrahlungsgeräts eingestellt wird, wobei vorzugsweise eine Strahlungsdosis von 20 kGy bis 500 kGy verwendet wird.

22. Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die Intensität der Vernetzung durch Verwendung einer auf den Gleitwerkstoff aufgelegten Maske (7) eingestellt wird.

23. Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements nach

Anspruch 24,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Maske (7) verwendet wird, die aus einem Strahlungsabsorbierenden Material besteht und ein Lochmuster aufweist.

24. Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements nach

Anspruch 24,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Maske (7) verwendet wird, die aus einem strahlungsabsorbierenden Material besteht und einen variablen, vorzugsweise vom Rand zur Mitte hin zunehmenden, Dickenverlauf aufweist.

25. Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements nach

Anspruch 24,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Maske (7) verwendet wird, die ein erstes Strahlung teilweise absorbierendes, Material und wenigstens ein zweites Strahlung teilweise absorbierendes Material aufweist.

26. Bauwerkslager (1 ) mit einem Gleitelement (6) das nach einem der vorhergehenden

Ansprüche 18 bis 27 hergestellt worden ist.