- VSVI MV

Brückenlager nach europäischer Norm EN 1337
Anforderungen – Neuerungen – Einfluss der Eurocodes
Vortrag
am 27. Febr. 2014 in Linstow –
VSVI Mecklenburg-Vorpommern
27. Febr. 2014
Dr.-Ing. Joachim Braun Beratender Ingenieur / RW Sollinger Hütte Uslar
Brückenlager nach europäischer Norm DIN EN 1337
27. Febr. 2014
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1. Europäische Regelungen für Brückenlager
1.1 Europäische Lagernorm EN 1337
•
•
Herausgegeben vom Europäischen Komitee für Normung
Produkte erhalten CE- Zeichen
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Struktur der EN 1337
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Gliederung der EN 1337
Norm
Bezeichnung
DIN EN 1337-1: 2001-02
Allgemeine Regelungen
DIN EN 1337-2:2004-07
Gleitteile
Gültige Norm
Keine Produktnorm
DIN EN 1337-3:2005-07
Elastomerlager
Gültige Norm
Status,
Anmerkungen
Gültige Norm
Revision liegt vor als
EN 1337·1: 2011 von
CEN/TC 167
Produktnorm
Revision liegt vor als
EN 1337-3: 2011-05
von CEN/TC 167
DIN EN 1337-4:2004-04
Rollenlager
Gültige Norm
DIN EN 1337-5:2005-07
Topflager
Gültige Norm
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Produktnorm
Produktnorm
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Gliederung der EN 1337 (Fortsetzung)
DIN EN 1337-6: 2001-02
Kipplager
Gültige Norm
Produktnorm
DIN EN 1337-7:2004-07
Kalottenlager
Zylinderlager mit PTFE
Gültige Norm
Produktnorm
DIN EN 1337-8:2005-07
Führungslager und
Festpunktlager
Gültige Norm
Produktnorm
DIN EN 1337-9:2004-04
Schutz
Gültige Norm
Keine Produktnorm
DIN EN 1337-10:2005-07
Inspektion und
Instandsetzung
Gültige Norm
Keine Produktnorm
DIN EN 1337-11:1998-01
Transport
Zwischenlagerung und
Einbau
Gültige Norm
Keine Produktnorm
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1.2 Europäische Technische Zulassung ETA
•
•
Herausgegeben von der Europäischen Organisation
Technische Zulassungen
Produkte erhalten CE- Zeichen
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für
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1.2 Europäische Technische Zulassung ETA
European Technical Approval (ETA)
•
•
Zulassung für Bauprodukte
Erlaubt die Verwendung des CE- Zeichens
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2. Funktionsprinzipien der Lager
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3. Lagerbauarten nach EN 1337-1:2011
(überarbeitete Version)
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3.1
Elastomeric bearings
Type E.0 - Fixed, restrained in any horizontal direction
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Type E.1 - Guided in one horizontal direction -Deformable and/or sliding
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Type E.2 - Deformable in any horizontal direction- deformable and/or sliding
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3.2
Pot bearings
Type P.0 - Fixed, restrained in any horizontal direction
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Type P.1 - Guided, sliding in one horizontal direction
Internal guides
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External guides
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Type P.2 - Free, sliding in any horizontal direction
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Assembly of the sliding and tilting part of a pot bearing
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3.3
Spherical bearings
Type S.0 - Fixed spherical bearing restrained in any horizontal direction
Type S.0s - Fixed spherical bearing restrained in any horizontal direction
Type S.0
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Type S.0s
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Type S.1s - Guided, sliding in one horizontal direction with external guides
Type S.1s - Guided, sliding in one horizontal direction with internal guide
External guides
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Internal guides
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Type S.2s - Free, sliding in any horizontal direction
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3.4
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Point rocker bearings
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Pointrocker bearing as restraint bearing
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Punktkipplager als Festlager (Beispiel)
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Punktkipplager als Festlager (Berispiel von Folie 19)
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3.5
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Line rocker bearings
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3.6
Roller bearings
Guides for roller bearings act as a key and do not need to comply with part 2 and 8.
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3.7
Cylindrical bearings
Type C.0 - Fixed, restrained in any horizontal direction
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Cylindrical bearing as upper part of bearing
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Rollenlager als Führungslager mit Kippteil als Zylinderlager
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Types C.1s - Sliding in one horizontal direction
guided by cylinder
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Type C.2s - Sliding in any horizontal direction
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3.8
Restraint bearings
Type F.0 - Fixed, restrained in any horizontal direction
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3.9
Guide bearings
Type G.1s - Guided, sliding in one horizontal direction
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4. Neue Bemessung der Elastomerlager
Mit Einführung der europäischen Norm
DIN EN 1337-3:2005-7 „Lager im Bauwesen Teil 3:
Elastomerlager“
wurde die bis dahin über 25 Jahre gültige nationale Norm DIN 414114:1985-9 „Lager im Bauwesen / Bewehrte Elastomerlager / Bauliche
Durchbildung und Bemessung“ abgelöst.
Durch die europäische Lagernorm haben sich gegenüber DIN 4141-14
die Regeln für die Bemessung und Nachweise von Elastomerlagern stark
verändert.
Die Tabelle zeigt zur Einführung eine Gegenüberstellung wesentlicher
Nachweisformeln in den einzelnen Normen seit 1985.
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Mit Einführung der europäischen Norm
DIN EN 1337-3:2005-7 „Lager im Bauwesen Teil 3:
Elastomerlager“
wurde die bis dahin über 25 Jahre gültige nationale Norm DIN 414114:1985-9 „Lager im Bauwesen / Bewehrte Elastomerlager / Bauliche
Durchbildung und Bemessung“ abgelöst.
Durch die europäische Lagernorm haben sich gegenüber DIN 4141-14
die Regeln für die Bemessung und Nachweise von Elastomerlagern stark
verändert.
Die Tabelle zeigt zur Einführung eine Gegenüberstellung wesentlicher
Nachweisformeln in den einzelnen Normen seit 1985.
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Neben dem deutlich größeren Umfang der DIN EN 1337-3 gegenüber dem
Umfang von DIN 4141-14 und DIN 4141-140 zusammen (92 zu 20 Seiten) ist
als Ergebnis der neuen Nachweise vor allem hervorzuheben, dass die Tabellen
1 bis 4 der DIN 4141-14 für Regellager mit Angaben zur baulichen Durchbildung in Abhängigkeit von einer mittleren Lagerpressung ϭm und die Tabelle 5
für zulässige Lagerpressungen und Drehwinkel – die sich für die Vorbemessung
von Elastomerlagern gut bewährt hatten – in dieser Form in DIN EN 1337-3
nicht mehr enthalten sind. Es fehlt u. a. die Zuordnung der Regellagergrößen
nach Tabelle 3 der Norm zu einer Lagerpressung bzw. Druckspannung ϭm
Wesentliche Ursache dafür ist der neu einführte sogenannte summarische
Nachweis für Elastomerlager, wie er in Zeile 1 der Tabelle 1 dargestellt ist und
in ähnlicher Form bereits in DIN 4141-14/A1 vom Mai 2003 verwendet wurde.
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Der Vorteil bei der Nutzung der Tabellen 1 bis 5 in DIN 4141-14 bestand
darin, dass sich für diese Lager der statische Nachweis auf die Pressung,
Schubverformung und Verdrehung als Einzelnachweise erstreckt hat.
(siehe Tabelle 1).
Wir bereiten eine Informationsschrift vor mit dem Ziel, mit der Handhabung
der neuen Nachweise in DIN EN 1337-3 und deren Weiterentwicklung in der
überarbeiteten Entwurfsfassung vertraut zu machen und um eine ähnlich
einfache Möglichkeit für die Vorbemessung der Elastomerlager aufzuzeigen
wie in der DIN 4141-14.
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5. Neuer Gleitwerkstoff MPE
In der Brückenlagerentwicklung bewährt sich eine PE- Modifikation unter der
Bezeichnung Teflon oder PTFE
(PolyTetraFluorEthylene)
als Gleitwerkstoff in Kombination mit austenitischem Edelstahlblech oder
Hartchrom seit mehr als 30 Jahren. Dieser Gleitwerkstoff ist in DIN EN 1337
genormt.
Für die Anwendung in den Hauptgleitflächen erhält das PTFE Schmiertaschen, die bei Zusammenbau der Gleitteile mit einem speziellen
Silkonfett als Schmierstoff gefüllt werden.
Das PTFE ist eine Schwachstelle in der Gleitkombination. Deshalb
wurde nach verbesserten Materialien gesucht => MPE
Der thermoplastische Kunststoff Polyethylen (PE) hat
Anwendungsspektrum und ist vielfach modifiziert worden.
ein
breites
Als Gleitpartner ist kaltgewalztes Stahlblech mit der Werkstoff- Nr.
1.4401 + 2B oder 1.4404 + 2B nach EN 10088-2 vorgeschrieben.
Außerdem ist Hartchrom für gekrümmte Gleitflächen als Gleitpartner
zulässig.
Das Verchromungsverfahren muss die Anforderungen nach ISO 6158 erfüllen.
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Kalottenlager mit MPE
RW® - Kalottenlager MPE
Verschleißfreie, hochbelastbare Kalottenlager
technischer Zulassung!
Charakteristische
Pressung
bis
180
N/mm²;
Temperaturuntergrenze -50°C
mit
europäischer
Reibbeiwert
0,02;
Verschleißfeste Brückenlager mit einer Lebensdauer wie das Bauwerk!
In langjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit haben wir ein Kalottenlager mit einem Gleitwerkstoff aus Modifiziertem PolyEthylen (MPE)
entwickelt und nach umfangreichen Tests die
Europäische Technische Zulassung ETA-08/0106
dafür bekommen.
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6. Neue Zulassungen und Bauarten
Spielarmes Lager
Führungslager haben nach DIN EN 1337-2 ein zulässiges seitliches Führungspiel von 2 mm:
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Dieses Spiel ist für einige Anwendungsfälle zu groß, z. B. für die feste
Fahrbahn im Oberbau der DB.
Durch unser spielarmes Lager soll das seitliche Führungsspiel ein- und
nachstellbar sein.
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Verformungsgleitlager mit aufvulkanisierten MPE
In DIN EN 1337-3 ist in Tabelle 2 der Lagertyp e aufgeführt:
Dabei handelt es sich um ein Verformungsgleitlager, bei dem eine Stahlplatte
für die Aufnahme des PTFE aufvulkanisiert wird.
Wir haben diese Lagerbauart weiterentwickelt, indem auf die Stahlplatte
verzichtet und das MPE direkt auf das Elastomer vulkanisiert wird.
Dafür haben wir eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des DIBt
Z-16.21-464. Eine ETA ist beantragt und wird noch im Herbst 2013 durch das
DIBt erteilt.
Dazu waren umfangreiche Versuche an der MPA Karlsruhe notwendig.
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Versuch
Prüfkörper (PK) Abmessungen
[mm]
3. Versuche mit NR-Lager Typ
D
Haftverbundprüfung MPE/NR in
Anlehnung an Anhang M
3.1 PK 1
200 x 300, 51 hoch
3.2 PK 2
200 x 300, 57 hoch
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2 Elastomerschichten je 8 mm
4 Bewehrungsbleche je 3 mm
2 MPE-Platten á 5 mm
Härte
Versuche nach
DIN EN 1337-3
Bemerkungen
Die Prüfung besteht aus der Kontrolle der korrekten Verbindung der MPEPlatte mit der Elastomerschicht, die einer bis auf maximal 0,95 MPa
anwachsenden Schubbeanspruchung ausgesetzt wird.
Raumtemperatur (RT)

Die Abmessungen des Prüfkörpers werden wie
im Anhang M hergestellt mit einer Dicke der MPE- Platten von 5 mm bzw. 8
mm.

Messung der Schubverformung (Horizontalverschiebung) eines identischen Lagerpaares unter einer wachsenden
Schubkraft, Schubrichtung geht
über die breite Lagerseite

Es wird eine mittlere Druckbeanspruchung von
6 MPa aufgebracht

In der höchsten Laststufe (0,95 MPa) wird das Lager visuell auf
Haftungsfehler untersucht
2 Elastomerschichten je 8 mm
4 Bewehrungsbleche je 3 mm
2 MPE-Platten á 8 mm
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Weitere nationale Zulassungen mit dem neuen Gleitwerkstoff
sind:
Dafür laufen ebenfalls die Anträge auch europäische Zulassungen.
Für Kalottenlager mit MPE liegt die ETA bereits vor.
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7. Anhang E von DIN EN 1990 / DIN EN 1090
7.1 Anhang E
Der Anhang regelt ergänzend zu den Eurocodes spezielle Anforderungen an
Bauwerkslager und zukünftig auch an Fahrbahnübergänge.
Teilweise ist das ein Ersatz für den Anhang O des DIN-Fachberichte 103. Es
besteht noch erheblicher Diskussionsbedarf, z. B. für die Zahlenwerte der
anzunehmenden Temperaturdifferenzen.
Aktuell ist die Fassung von November 2005.
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7.2 DIN EN 1090
Veröffentlichung der EN 1090-1 im Amtsblatt der EU am 17.12.2010
Veröffentlichung der DIN EN 1090-1 im Bundesanzeiger am
16.02.2011
Damit ist die Grundlage geschaffen
•für die notifizierten Stellen, die WPK zu zertifizieren.
•für die Metallbauer, die CE-Kennzeichnung aufzubringen.
Ende der Koexistenzperiode: 01. 07. 2014
Bis zu diesem Stichtag sollen alle Unternehmen, die Bauprodukte aus Stahl
oder Aluminium herstellen, die werkseigene Produktionskontrolle
durch eine notifizierte Stelle zertifizieren lassen.
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Bemessungsnormen / DIBt-Mitteilungen 6/2010
•Die Fachkommission Bautechnik der Bauministerkonferenz hat in den
DIBt-Mitteilungen 6/2010, S. 252-257, Erläuterungen zur Anwendung
der Eurocodes (DIN EN 1990 bis 1999) vor ihrer Bekanntmachung als
Technische Baubestimmungen veröffentlicht.
• Einführung der Eurocodes zum Stichtag 01.07.2012 und gleichzeitig die
Streichung der nationalen Planungs- und Bemessungsnormen aus der
Liste der technischen Baubestimmungen.
• Die nationalen Normen DIN 18800 (für Stahl) können also bis zum
Stichtag angewendet werden.
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Ausführungsklassen nach DIBt-Mitteilungen 6/2010, S. 252-257
• In Abschnitt 5: Erläuterungen zum Eurocode 3 (EN 1993), also für die
Stahltragwerke.
• Dort findet sich erstmals in einer offiziellen Veröffentlichung auch
die Zuordnung von Bauwerken, Tragwerken bzw. Bauteilen zu den
Ausführungsklassen EXC 1- 4 nach EN 1090-2.
DIN EN 1090-2 B.3 Anmerkung:
Die Bestimmung der Ausführungsklasse sollte unter
Berücksichtigung nationaler Vorschriften gemeinsam durch den
Tragwerksplaner und den Bauherrn erfolgen. In diesem
Entscheidungsprozess sollten gegebenenfalls der Projektmanager
und der Hersteller konsultiert werden.
(4.1.2) Ausführungsklassen
...
Wird keine Ausführungsklasse festgelegt, gilt EXC2.
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Ausführungsklasse EXC 3
In diese Ausführungsklasse fallen vorwiegend ruhend und nicht
vorwiegend ruhend beanspruchte Bauteile oder Tragwerke aus
Stahl bis zur Festigkeitsklasse S700, für die mindestens einer der
folgenden Punkte zutrifft:
1. …
2. …
3. …
4. Nicht vorwiegend ruhend beanspruchte Tragwerke oder deren
Bauteile:
- Geh- und Radwegbrücken
- Straßenbrücken
- Eisenbahnbrücken
Auch Brückenlager werden in die EXC 3 eingeordnet.
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Nach DIBt Mitteilungen 2/2011:
Die Ausführung von geschweißten Bauteilen, Tragwerken und Bauwerken
aus Stahl in den genannten Ausführungsklassen dürfen nur durch solche
Firmen auf der Baustelle erfolgen, die über einen Eignungsnachweis für die
Ausführung von Schweißarbeiten in den entsprechenden Ausführungsklasse
verfügen.
Bis auf Weiteres werden die deshalb die folgenden Herstellerqualifikationen
akzeptiert:
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8. Kennzeichnung und Überwachung von Brückenlagern
Körnermarkierung => Empfehlung MPA Stuttgart
mit Voreinstellung
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ohne Voreinstellung
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In Deutschland wird für den Einbau der Brückenlager noch eine nationale
Zulassung gebraucht:
Das Ergebnis dieser Aktivitäten ist die Allgemeine bauaufsichtliche
Zulassung (AbZ) des DIBt
Nr. Z-16.7-444 “Ausstattung von RWSH- Brückenlagern mit
CE- Kennzeichnung“.
TYP 3.3 (KGe)
A-NR 2565
KeA1
K-NR 15607
/ 2007
vX
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3000 kN
±100
eVX
0
EN 1337-7
Z-16.7-444.
Pkt. L2
1689-BPR-2006-105
vY
- - eVYX
--
RWSH
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LOGO
Firma
Bescheinigungen für die Lagerkomponenten
A-NR.:
Kontrollkarte für die Eigenüberwachung
von Firma-Kalottenlagern, P1
gemäß EN 1337-7
Komponente
ZE-NR.:
Werkstoff
Schmelze/Charge/Kennzahl/Lfd. Nr.
Bescheinigung
Gleitplatte
K-NR.:
Kalotte
Lagerunterteil
Besteller:
Führungsleiste
Bauwerk ::
Auflast:
kN
Einbauort:
lxb
a
mm
evx /evy
=±
mm
s
Gleitstreifen
hS
R2
R1
tK
 0,0003 x L
 0,2 mm
LK
DK
z1
10
Spiel
Gleitspalt
Spiel
Gleitspalt h
Maße in µm
Schichtdicke
Achse
Achse
Lagerunterteil
mit
Kalotte
mm
Rauhtiefe RzDIN rd. ........
Maße
in mm
Gleitspalt
Gleitspalt
Spiel
Spiel
±h
Topf
Sichtprüfung
Ferroxyl-Test
a
Schweißnähte
DIN EN ISO 5817
Bewertungsgruppe
B
C
tE1
Kippspalt hS
Gleitspalt
Führung

tE
Kennzeichnung
mm
z2
H
hK

DE -LE
Hartchromschicht
Kalotte
 0,0003 x DLP  0,2 mm
f
Verbindung Kopfbolzen DIN EN ISO 14555
Maße in mm (ohne Toleranzangabe Genauigkeitsgrad grob,
DIN ISO 2768 Teil 1)
1)
siehe Rückseite
Schmierstoff
10
Ebenheit der Gleitfläche
g1
c1 x c 2
DE
mm
Stichmaße x1, x2 mit größtmöglicher
Sehnenlänge Kugelradius-Prüfgerät
gemessen
g2
LE
Kopfbolzendübel
Gleitscheiben
=
f
Maß
Ankerplatte
Gleitblech
tE
hE
tE1
=±
Sehnenlänge (OT/UT)
DE / L E
m
vx /vy
Dk -LK
tK
tK1
Lagertyp: .............
evx ............. mm
Soll
Auflast:
............. kN
Ist
Maß
hE
1)
hK
g1
g2
g1 -g2
x1
Δx
x2
R1
R2
Aufkleber PTFE (Ebene)
Gewicht: ........... kg
Soll
Maß
a
b
l
m
c1
c2
H
hS min.
Lagertyp: .............
Ist
Auflast:
Maß
+h 
a
links
rechts
links
rechts
-h 
links
z1-z2 
links
links
...........
1)
Soll
Platte
A-Nr.:
Einbauort: .............
Ist
evx ............. mm
............. kN
Ebenheit Kontaktfl. 
rechts
oben
unten
Aufkleber PTFE (Kalotte)
Gewicht: ........... kg
Soll
A-Nr.:
Einbauort: .............
erfüllt
PTFE-Aufn. scharfkantig
Faltenbalg
Sauberkeit / Schmierung
Ankerplatte oben/unten
/
mm
Korrosionsschutz lt. Zeichnung 
µm
Ballige Kippleiste
Kopfbolzen oben/unten
Messebene / Messstellen
Anzeigevorrichtung
Futterplatten
Funktionsprüfung
Kopfbolzenverbindung gem. DIN
Typenschild
Übrige Maße lt. Zeichnung
Rauhtiefe Hartchrom 3 µm
Vorbereitung und Prüfung der KK
Datum/Visum:
27. Febr. 2014
Prüfer
Datum/Visum:
/
Dicke Gleitblech
Anzugsmoment lt. Zeichnung
Dicke Hartchrom 100 µm
Freigabe
Datum/Visum:
Nm
*
TYP
kN
Firma A-NR
vx
±
Dr.-Ing. Joachim Braun
Beratender
Bemerkungen:
Ingenieur / RW Sollinger Hütte Uslar
Typenschild
Nachbarlager
ORT
K-NR
evx
...........
vy ±
evy
mm
0672-BPR-001
EN 1337-7:2004
Werk
85
Gleitspalt h
Gleitspalt
Führung
hF
Messungen
am Beispiel Topflager
einachsig beweglich (P1, 2.2)
• Kippspalt
• Gleitspalt
• Führungsspalt
• Führungsspiel
Spiel
Führung
sF
Kippspalt KS
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86
Messstellen
am Beispiel Topflager
einachsig beweglich (P1,
2.2)
Außen- / Innenführung
• Kippspalt
• Gleitspalt
Deckel
60°
Messstellen
Gleitspalt und Kippspalt
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Messvorrichtungen für Lager
2-Achsen-Wasserwaage und im Lager zu
integrierende Konsole, die im vorliegenden
Fall gleichzeitig zur Befestigung des Zeigers
der Anzeigevorrichtung vorgesehen ist
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Rechtwinkligkeit und
Dicke der Schweißnaht
Ebenheit
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9. Ergänzungen
9.1 Lagerung von Brücken
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9.2 Transport und Einbau von Lagern in Brücken
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100
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101
9.3
Beispiele
9.3.1 Lager mit abhebenden Kräften
Sava- Brücke Belgrad
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Bearing 8a
max Pz
min Pz
Bearing 8b
max Pz
min Pz
SLS [kN]
4.000
-100
3.000
-1.700
ULS [kN]
6.000
-500
5.000
-2.300
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113
b) Reparatur eines Lagers – Eisenbahnbrücke Berlin
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115
9.3.2 Kipp-, Führungs- und Elastomerlager
Eisenbahnbrücke Hannover
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Auszug aus der Auftragsbestätigung
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Dr.-Ing. Joachim Braun Beratender Ingenieur / RW
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128
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130
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Dr.-Ing. Joachim Braun Beratender Ingenieur / RW Sollinger
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131
27. Febr. 2014
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132
27. Febr. 2014
Dr.-Ing. Joachim Braun Beratender Ingenieur / RW Sollinger
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133
27. Febr. 2014
Dr.-Ing. Joachim Braun Beratender Ingenieur / RW Sollinger
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134
27. Febr. 2014
Dr.-Ing. Joachim Braun Beratender Ingenieur / RW Sollinger Hütte
Uslar
135
27. Febr. 2014
Dr.-Ing. Joachim Braun Beratender Ingenieur / RW Sollinger Hütte
Uslar
136
27. Febr. 2014
Dr.-Ing. Joachim Braun Beratender Ingenieur / RW Sollinger
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137
Brückenlager nach europäischer Norm EN 1337
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138
Brückenlager nach europäischer Norm EN 1337
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139
Brückenlager nach europäischer Norm EN 1337
27. Febr. 2014
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Uslar
140