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DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR NICKEL UND SEINE ANWENDUNGEN

BRÜCKEN BAUEN

Nickelhaltige Bewehrungsstäbe verlängern die Lebensdauer

April 2016, Jhrg. 31, Nr.. 1

EdelstahlBewehrungsstäbe für langlebige Brücken Bau widerstandsfähiger Objekte Nickel beleuchtet abgelegene Gemeinden

Zhuhai

Hauptbrücke

r Hauptabschnitt der Brücke r Hongkong-Zhuhai-Macao-Brücke im Bau

Hongkong Insel Lantau

Macao

r Künstliche Insel und Anfahrt zum Tunnel

FALLSTUDIE 06

HONGKONG-ZHUHAI-MACAOBRÜCKE D

as Perlflussdelta (PRD) in der Provinz Guangdong ist eines der Zentren des chinesischen Wirtschaftswachstums. Die Industriestädte im PRD werden auch als „Fabrik der Welt“ bezeichnet und die Perlflussdelta-Wirtschaftszone (PRDEZ) macht etwa ein Drittel des chinesischen Handels aus.

Das PRD ist auch eine der am dichtesten bevölkerten urbanen Regionen der Welt. In den neun größten Städten der Region, darunter auch Hongkong, Zhuhai und Macao, leben insgesamt ca.

57 Millionen Menschen.

Die PRDEZ wird durch die Mündung des Perlflusses geteilt. Für den Straßentransport zwischen der Ost- und der Westseite der Wirtschaftsregion muss eine Strecke von 200 km zurückgelegt werden, weil dazu die Humen-Brücke im Norden überquert werden muss.. Die Regierungen von Hongkong, Macau und Guangdong bauen derzeit gemeinsam eine Brücke über die Mündung, um für den Personen- und Frachtverkehr eine direkte Verbindung zu schaffen, das hohe Verkehrsaufkommen an den Grenzstationen zwischen Hongkong und Shenzhen abzubauen und die auf die täglichen Staus an diesen Grenzübergängen zurückzuführenden wirtschaftlichen Verluste zu reduzieren.

Die Hongkong-Zhuhai-Macao-Brücke wird Hongkong mit Macau und der Stadt Zhuai in der Provinz Guandong verbinden. Die Hauptbrücke wird sich über eine Strecke von 29,k km über den westlichen Teil der Mündung des Perlflusses erstrecken. Sie führt über eine künstlich angelegte Insel, die wiederum durch einen 6,7 km langen Unterwassertunnel mit einer weiteren künstlichen Insel verbunden ist. Die Brücke führt dann weiter nach Festland-Hongkong. Insgesamt besteht das Bauwerk also aus einer Brücken-Tunnel-Kombination. Die zwei jeweils dreispurigen Fahrtrichtungen werden die Fahrzeit zwischen Hongkong, Macao und Zhuhai von vier Stunden auf gerade einmal 30 Minuten reduzieren.

2 NICKEL FALLSTUDIE

r Die Hauptbrücke wird sich 29,6 km über der Mündung des Perlflusses erstrecken.

DIE LÄNGSTE MEERES BRÜCKE DER WELT Die Hongkong-Zhuhai-Macao-Brücke ist mit einer Gesamtlänge von 50 km eines der größten Infrastrukturprojekte und die längste Meeresbrücke der Welt. Fast 10.000 Tonnen nickelhaltige Duplex-Edelstahl-Bewehrungsstäbe (Legierung 2304 – UNS S32304) und Drähte wurden spezifi ziert, um eine Lebensdauer von mindestens 120 Jahren zu gewährleisten. Die Komponenten aus der Legierung 2304 werden von Taiyuan Iron & Steel Company (TISCO) geliefert und für die Tragplattform, die Turmfundamente und die Pfeilerschafte der Brücke eingesetzt. Dies ist das erste Mal, dass Duplex-Edelstahl beim Brückenbau auf dem chinesischen Festland eingesetzt wird.

Die Gesamtkosten des Projekts werden auf ca.

10,6 Mrd. US-Dollar (70 Mrd. Yuan) geschätzt – die größte Investition in der Geschichte des chinesischen Brückenbaus. Die Bauarbeiten an der Brücke begannen am 15. Dezember 2009.

Derzeit ist der Abschluss für 2018 geplant.

NICKEL, JHRG. 31, NR. 1, APRIL 2016

© HPDI/COWI/SHANGHAI TUNNEL/FIRST HARBOUR ENGINEERING/ARUP JV

WIKIMEDIA COMMONS

Mündung des Perlflusses Hongkong-Zhuhai-MacaoBrücke

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Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen ISTOCKPHOTO.COM © PHOTAWA

Das Nickel Magazine ist eine Publikation des Nickel Institute. www.nickelinstitute.org David Butler, Verbandspräsident Clare Richardson, Chefredakteurin Beiträger: Nancy Baddoo, Wenlei Chen, Parul Chhabra, Jo Claes, Gary Coates, Bernard Heritier, Jim Jenkins, Stephen Jones, Geir Moe, Carol Powell, Frank Smith, Nigel Ward, Annabelle Wilson Entwurf: Constructive Communications Kontaktangaben: Rue Belliard 12 Brüssel 1040, Belgien Tel. +32 2 290 3200 communications@nickelinstitute.org Das Textmaterial wurde zur allgemeinen Information des Lesers erstellt und sollte nicht als Grundlage für spezifische Anwendungen verwendet werden, ohne dass vorher fachmännische Beratung eingeholt wurde. Obwohl das Textmaterial nach unserem besten Wissen korrekt ist, garantieren das Nickel Institute, seine Mitglieder, Mitarbeiter und Berater nicht seine Eignung für eine allgemeine oder spezifische Anwendung und übernehmen keine Haftung oder Verantwortung irgendeiner Art im Zusammenhang mit den hierin enthaltenen Informationen.

ISSN 0829-8351 Gedruckt in Kanada von der Hayes Print Group auf Recyclingpapier

DIE ZUKUNFT BAUEN Als US-Präsident Obama sagte: „Die Unternehmen des 21. Jahrhunderts benötigen auch die Infrastruktur des 21. Jahrhunderts“,1 sprach er die Sorgen von Staatsregierungen weltweit an, die die Aufgabe haben, die vielen im vergangenen Jahrhundert gebauten Straßen und Brücken zu ersetzen, die derzeit zunehmend verfallen.

Die Zahlen sind bedrückend: 65 % der wichtigsten Straßen in den USA befinden sich in einem „weniger als guten Zustand“ und 25 % der Brücken erfordern „signifikante Reparaturarbeiten oder werden dem Verkehr von heute nicht gerecht“.2 In Deutschland haben Berichten zufolge mehr als die Hälfte aller Autobahnbrücken dringenden Reparaturbedarf. In Großbritannien meldete die Civil Engineering Contractors Association bereits 2013, dass die Infrastrukturkosten, die hinter den typischen „Standards für ein Industrieland“ zurückfallen, jedes Jahr zwischen 2000 und 2010 ca. 78 Mrd. Britische Pfund betrugen.

Titelseite: Constructive Communications Fotos auf der Titelseite: Woodrow Wilson Bridge, Wikimedia Commons © William F. Yurasko Bewehrungsstäbe, iStockPhoto.com © ansonsaw

INHALTSVERZEICHNIS Fallstudie Hongkong-Zhuhai-Macao-Brücke . . . . . . 2 Im Brennpunkt Editorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Sonder-Leitartikel Lösungen für verfallende Infrastruktur . .4-5 Längere Lebensdauer für Brücken . . . . 6-7 Lasttragende Edelstahlanwendungen. . . 8-9 Aktuelle Anwendungen Edelstahl-Kurs für Studierende . . . . . . . . 10 Technische Hilfe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Stützen für Ziegellaibungen. . . . . . . . . . . 11 Solarstrombeleuchtung . . . . . . . . . . . . 12-13 Sagrada Familia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Kurzmeldungen Neue Veröffentlichung . . . . . . . . . . . . . . . . 14 UNS-Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Brennstoff zellen-Technik . . . . . . . . . . . . . . 15 Sicherere Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Weblinks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

NICKEL, JHRG. 31, NR. 1, APRIL 2016

$57,3

Weltweite Investitionen (in Billionen US$), 2013–2030 für den globalen Infrastrukturbedarf3

$0,7

$2,0

Häfen

Flughäfen

$4,5 Schiene

$11,7

$12,2

TeleWasser kommunikation

Energie

$9,5

$16,6

Straßen

Gesamt

Die meisten von uns sehen die Infrastruktur, die uns umgibt, als etwas Selbstverständliches an. Erst wenn sich Schlaglöcher auf Fernstraßen, zerfallende Brücken und einstürzende Tunnels auf den täglichen Pendelverkehr auswirken, bemerken wir sie erst so richtig.

Eine lange Lebensdauer ist für die Infrastruktur natürlich besonders wünschenswert, um Verkehrsstörungen und Kosten möglichst zu reduzieren. Nickelhaltige Baukomponenten haben sich dabei als ausgesprochen erfolgreich erwiesen. Der Progreso-Pier in Mexiko ist nur ein Beispiel für die Vorteile von Bewehrungsstäben aus nickelhaltigem Edelstahl, damit eine Infrastruktur auch über längere Zeit und in widrigen Umgebungen lange in Stand gehalten werden kann: In diesem Fall sind das schon über 70 Jahre.

Derzeit laufen die Arbeiten an einer neuen Generation von Megaprojekten, darunter die HongkongZhuhai-Macao-Brücke auf der gegenüberliegenden Seite und die neue Champlain Bridge, die in Kanada den St. Lawrence überspannen wird (Seite 4). Beide Brücken nutzen die korrosionsbeständigen Eigenschaften von nickelhaltigen Bewehrungsstäben.

In dieser Ausgabe von Nickel zeigen wir auf, wie nickelhaltige Bewehrungsstäbe und andere Baukomponenten beim Bau von Brücken wichtige Dienste leisten und für eine hohe Bauqualität sorgen. Nickel ist in seiner Anwendung nicht sichtbar. Seine Rolle bei der Verhinderung von Korrosionserscheinungen in der Infrastruktur ist aber gerade dann wichtig, wenn Staatsregierungen und Bürger ein gutes Preis/Leistungsverhältnis erzielen und Brücken, Straßen und Gebäude bauen möchten, die lange halten und ihre Zwecke erfüllen.

Clare Richardson Chefredakteurin, Nickel magazine State of the Union-Rede, Januar 2015 ² Bericht des US National Economic Council und President's Council of Economic Advisors, 2014 ³ Auszug aus „Infrastructure Productivity: How to Save $1 Trillion a Year“, Januar 2013, McKinsey Global Institute, www.mckinsey.com. Copyright (c) 2013 McKinsey & Company. Alle Rechte vorbehalten. Nachdruck erfolgt mit Genehmigung.

1

NICKEL IM BRENNPUNKT 3

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Eine solide Lösung für eine verfallende Infrastruktur

Edelstahlbewehrungen hervorgehoben, mit denen ohne umfassende Reparaturen oder Wiederherstellungsarbeiten eine Lebensdauer von 75 bis 100 Jahren erzielt werden kann.

Der Progreso-Pier in Yucatan, Mexiko, ist ein gutes Beispiel für diese Vorteile. Dieser 1941 fertig gestellte, zwei Kilometer lange Pier aus Stahlbeton reicht weit in den Golf von Mexiko und ist ständig widrigen tropischen und maritimen Bedingungen ausgesetzt.

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Korrosionsbeständige Edelstahlbewehrungen

M

it der Alterung unserer Infrastruktur wird der Betonverfall zu einem der teuersten und am weitesten verbreiteten Probleme. Warum? Laut Dr. Karen Scrivener, Leiterin des Baulabors am Schweizer Bundesinstitut für Technologie, ist Korrosion bei Stahlbewehrungen „die Ursache von mehr als 90 % der Probleme mit der Betonbeständigkeit”.* Betonbauten, die Streusalz, Salzwasser oder Meeresluft ausgesetzt sind, sind einem beschleunigten Verfall gegenüber besonders anfällig.

Tief in die Materie dringen Technisch gesehen migrieren Chloridionen, Feuchtigkeit und Luft (Sauerstoff ) durch die poröse Betondeckschicht und führen zur Korrosion der eingebetteten Bewehrungsstäbe aus Kohlenstoffstahl. Die daraus resultierenden Korrosionsprodukte (Rost) nehmen ein größeres Volumen ein als der Stahl, aus dem sie sich ursprünglich bildeten. Durch dieses größere Volumen wird Druck auf den umgebenden

Beton ausgeübt, wodurch in diesem Risse entstehen.

Durch die Risse können noch mehr Chlorid, Feuchtigkeit und Sauerstoff bis zum Kohlenstoffstahl vordringen, was den Korrosionsprozess beschleunigt. Im Laufe der Zeit werden die Risse größer und der Beton kann zerbröckeln.

Fester und länger bauen – ein bemerkenswertes Beispiel Als Reaktion auf dieses zunehmende Problem wurden in vielen Labortests, Ökobilanzen und Lebenszyklus-Kostenanalysen die Vorteile von

WIKIMEDIA COMMONS

s Lebenszyklusanalysen erbringen den Nachweis, dass die vor über 70 Jahren getroffene Entscheidung für nickelhaltige Bewehrungsstäbe für den Progreso-Pier in Washington eine gute Investition war.

BRÜCKENGROSSPROJEKTE ORT

JAHR

EDELSTAHLLEGIERUNG/ TYP

TONNEN (ca.)

Michigan (USA): Brücke auf der I-696 in der Nähe von Detroit

1984

304

33

New Jersey (USA): Garden State Parkway

1998

2205

165

Irland: Broadmeadows Bridge

2003

316

90

Oregon (USA): Haynes Inlet Bridge

2003

2205

400

New York (USA): Belt Parkway Bridge, Brooklyn

2005

2205

200

New Jersey( USA): Driscoll Bridge

2005

2205, 316LN

1300

Virginia-Maryland (USA): Woodrow Wilson Bridge

2007

2205, 316LN

1100

Hongkong: Shenzhen Western Corridor Bridge

2007

2205, 316

1300

Hongkong: Stonecutters Bridge

2009

304

3000

Rhode Island (USA): Sakonnet River Bridge

2010

2205

800

Minnesota (USA): Hastings Bridge

2010

2304

367

Minnesota (USA): Lafayette Bridge

2011

2304

1963

Bei jüngsten Betonkernbohrungen und genauen Untersuchungen ergab sich, dass der mit einer Bewehrung aus nickelhaltigem Stahl des Typs 304 (UNS S30400) gebaute Pier auch nach 75 Jahren ohne größere Reparaturarbeiten noch in einem hervorragenden Zustand ist.

Die Rolle von Nickel bei der Lösung des Problems Legierungshersteller haben in den vergangenen 20 Jahren signifikante Fortschritte gemacht und eine breite Palette korrosionsbeständiger Edelstahlbewehrungsstäbe (neben Bindedraht und Bewehrungsverbindungen aus Edelstahl) entwickelt und auf den Markt gebracht. In den vergangenen 20 Jahren waren die am häufigsten spezifizierten Edelstahl-Bewehrungsstäbe sogar nickelhaltige Legierungen des Typs 316LN (UNS S31653) und zwei Duplex-Güten, die Legierung 2205 (UNS S31803) und die Legierung 2304 (UNS S32304) (neben etwas weniger Einsätzen für Typ 304).

Durch die Anpassung der Legierungszusammensetzung konnten die Hersteller von Edelstahl-Bewehrungsstäben eine optimale Kombination von Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Formbarkeit erzielen. Die Legierung 2304 stellt eine attraktive Kombination dieser drei wichtigen Eigenschaften zu einem konkurrenzfähigen Preis dar, was dazu geführt hat, dass die Legierung in den letzten Jahren für mehrere große Brückenprojekte spezifiziert wurde.

Die neuen Legierungen in Aktion Legierung 2304 wurde vor Kurzem für die im Bau befindliche, neue Champlain Bridge über den St. Lawrence im kanadischen Montreal ausgewählt. Bei einer geplanten Spannweite von ca.

3,4km (Auffahrten ausgenaommen) wird diese Brücke schätzungsweise 15.000 Tonnen Bewehrungsstäbe der Legierung 2304 erfordern.

Alle nickelhaltigen Edelstahl-Bewehrungen bieten eine gute Zug- und Stoßfestigkeit auch bei Temperaturen unter Null. Diese Eigenschaften sind für Autobahnbrücken besonders wichtig, die Winterbedingungen und dem damit verbundenen verstärkten Einsatz von korrosivem Streusalz ausgesetzt sind.

Weitere Anwendungen Bewehrungsstäbe des Typs 316LN und Typ 304 behalten ihre guten mechanischen Eigenschaften bis hin zu Tiefsttemperaturen bei, weshalb

*Chemistry World, Jhrg. 5, Nr. 3, März 2008

4 NICKEL SONDER-LEITARTIKEL

NICKEL, JHRG. 31, NR. 1, APRIL 2016

sie in der Flüssigerdgas-Lagerung eingesetzt werden. Typ 316LN ist außerdem nicht magnetisch.

Hunderte von Tonnen von Bewehrungen aus dieser Legierung werden beim Bau von MRT-Einrichtungen in Krankenhäusern und Kliniken und für Speziallabors und Datenspeicherzentren eingesetzt.

Langlebigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit sind wichtige Gründe für die vielen Anwendungsmöglichkeiten nickelhaltiger Edelstahl-Bewehrungsstäbe als kosteneffektive Lösung mit Weitblick.

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©WWW.TESOLUTION.COM

r Beispiele für Edelstahl-Bewehrungen: Eine Rolle Bindedraht (unten links), eine Gewindebewehrungsverbindung (Mitte) und eine starke U-Biegung (oben rechts), die die hohe Formbarkeit demonstriert.

WWW.CMCMMI.COM

ROYAL CANADIAN MINT INFRASTRUCTURE CANADA

r Die Edelstahl-Bewehrungsstäbe aus Legierung 2304 für die Hastings Bridge, Minnesota, USA, wurden von Contractors Materials Company geliefert

FRANK SMITH

r Die neue Champlain Bridge wird den St. Lawrence in Kanada überqueren und 15.000 Tonnen Bewehrungsstäbe der Legierung 2304 umfassen.

r Ein Modell der Temburong-Brücke wird von TESolution im Windkanal getestet..

TEMBURONG-BRÜCKE IN BRUNEI Ungefähr 3500 Tonnen Edelstahl-Bewehrungen des nickelhaltigen Typs 304 (UNS S30400) werden von TISCO für den Bau der 1,6 Mrd. US-Dollar teuren Brücke über die Brunei Bay geliefert. Diese „Megabrücke“ wird die durch malaysisches Staatsgebiet voneinander getrennten Bezirke Temburong und Brunei-Muara miteinander verbinden. Die Fahrt von einem der Bezirke zum anderen dauert auf dem Landweg durch Malaysia ca. eineinhalb Stunden, per Boot 45 Minuten. Die 30 Kilometer lange Brücke wird eine vierspurige Verbindung darstellen und die Fahrzeit erwartungsgemäß auf ca. 20 Minuten verkürzen. 2014 wurde mit dem Bau begonnen. Die Brücke soll bis 2019 fertig gestellt werden.

NICKEL SONDER-LEITARTIKEL 5

EUGENIO MERZAGORA (WWW.STRUCTURAE.DE)

r Die Rheinbrücke Schaffhausen wurde mit einer Lebenserwartung von 80 Jahren gebaut

Die neue Allt Chonoglais-Brücke im Bau r Die ursprüngliche Allt Chonoglais-Brücke mit Anzeichen von Bewehrungskorrosion vor dem Abriss 

Längere Lebensdauer für große Brücken Etwas höhere Anschaffungskosten für Edelstahl führen zu deutlich niedrigeren Lebenszykluskosten

D

er Einsatz von nickelhaltigen Edelstahl-Bewehrungen beim Brückenbau hat weltweit zugenommen, wenn auch nicht so schnell, wie Autofahrer, die im Stau stecken, weil eine oder zwei Fahrspuren einer Brücke oder Überführung sich gerade im Bau oder in Reparatur befinden, dies gerne hätten. Die relativ schnelle Korrosion von Kohlenstoff- oder mit Epoxid beschichteten Bewehrungen führt zu Rissen im Beton und dadurch zu umfassenden Wartungsarbeiten. Und damit sind wiederum gesperrte Fahrspuren verbunden, während der Beton entfernt und die Stahlbewehrung ersetzt wird. Transportbehörden berücksichtigen heutzutage zunehmend die indirekten Kosten für die Gesellschaft durch Verkehrsstaus (Kraftstoffverbrauch und Zeitverschwendung) sowie die Umweltkosten (Luftverschmutzung, Kosten der Deponierung), wenn sie die Spezifikationen für Baumaterialien vorgeben. Durch diesen ganzheitlichen Ansatz lässt sich die Entscheidung für Edelstahl noch leichter nachvollziehen.

Selbst wenn diese indirekten Faktoren nicht berücksichtigt werden, ist Edelstahl in vielen Fällen die beste Option, wenn die Kosten über die gesamte Lebensdauer der Brücke hinweg berücksichtigt werden. Als die Rheinbrücke im schweizerischen Schaffhausen Mitte der 1990er Jahre geplant wurde, wurde eine Lebensdauer von 80 Jahren bei minimaler Wartung und ohne Verlust der strukturellen Integrität vorgegeben. Der Einsatz herkömmlicher Bewehrungsmaterialien wie von beschichtetem oder blankem Kohlenstoffstahl hätte bedeutet, dass ungefähr alle 25 Jahre umfassende Reparaturarbeiten notwendig würden, während Bewehrungen mit Edelstahl des Typs 304 (UNS S30400) die Vorgabe von 80 Jahren erfüllen. Durch den selektiven Einsatz von Edelstahl stiegen die Gesamtkosten der Brücke um nur 0,5 %. Durch Edelstahl können schon nach 25 Jahren signifikante Einsparungen erzielt werden, und noch mehr über die Gesamtlebensdauer des Bauwerks.

Hätte diese Brücke eine höhere Belastung mit Streusalz oder würde sie sich am Meer in Salzwassernähe befinden, wäre evtl. ein höher legiertes Bewehrungsmaterial wie Legierung 2304 (S32304), Typ 316L (S31603) oder sogar Legierung 2205 (S32205) erforderlich gewesen, und selbst das hätte die Projektkosten nur unwesentlich erhöht. Viele Faktoren,

6 NICKEL SONDER-LEITARTIKEL

Durch den Einsatz von Edelstahl werden bereits nach 25 Jahren signifikante und im Laufe der Jahre noch weiter zunehmende Einsparungen erzielt. u. a. Zementtyp, Tiefe der Abdeckung und Wasser/Zement-Verhältnis, können sich auf die Chloridmenge auswirken, die die Bewehrung erreicht. Es müssen also nicht alle Bewehrungen im Bauwerk aus Edelstahl sein. Tiefer in der Struktur befindliche Bewehrungen oder auf sonstige Weise keinen höheren Chloridmengen ausgesetzte Teile können aus kostengünstigerem unlegiertem Stahl bestehen. Häufig wird eine Kombination mit Edelstahl in der obersten Schicht und Kohlenstoffstahl in tiefer gelegenen Schichten eines Brückendecks eingesetzt. Tests haben gezeigt, dass die galvanische Korrosion in diesem Fall kein Problem darstellt.

Planer und Ingenieure geben für wichtige Brücken heute eine längere Lebensdauer von bis zu 125 Jahren vor. Die Anfangskosten einiger Brücken mögen bei der selektiven Edelstahloption zwar ein paar Prozentpunkte höher liegen, doch werden die Lebenszykluskosten dadurch in jedem Fall reduziert.

Die Allt Chonoglais-Brücke in der Nähe des schottischen Orchy ist ein jüngeres Beispiel für die Verwendung von Edelstahl-Bewehrungen.

Die alte Brücke erwies sich als für die zukünftigen zu tragenden Lasten nicht stark genug, und eine Reparatur lohnte sich aus Kostengründen nicht. Streusalz hatte im Lauf der Zeit eine Korrosion der Kohlenstoffstahl-Bewehrungen verursacht, was zu Rissen im Beton und zur Beeinträchtigung der strukturellen Integrität geführt hatte.

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OUTUKUMPU

Navy Pier Point Loma

S

Es wurde ein verstärkter Neubau entworfen, für den eine Lebensdauer von 120 Jahren vorgegeben wurde. Unter Berücksichtigung der über die gesamte Lebensdauer zu erwartenden Chloridwerte entschieden sich die Highways Agency und Transport Scotland für Edelstahl der Legierung 2304 (S32304) für ausgewählte Bereiche wie das Brückendeck, die Stützpfeiler, Flügelmauern und Stützsockel. Die Gesamtbaukosten beliefen sich auf £1,8 Millionen, und die neue Brücke wurde im August 2013 für den Verkehr geöffnet. In 25 Jahren werden Autofahrer, die auf der A82 zwischen Glasgow und Inverness unterwegs sind, für die weise Voraussicht der schottischen Ingenieure und den Einsatz von nickelhaltigen Edelstahl-Bewehrungen, die die gesamte Lebensdauer der Brücke von 120 Jahren überdauern werden, dankbar sein.

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s Point Loma 123RF STOCK © F8GRAPHER

r Fertig geschnittene und gebogene Edelstahl-Bewehrungsstäbe im Outokumpu Sheffield Stainless Bar-Werk für die neue Allt Chonoglais-Brücke

chiffe mit Stahlhülle entwickeln während ihrer Reisen um den Globus eine magnetische Signatur. Für Kriegsschiffe ist dieser Magnetismus ein Problem, da er von feindlichen Magnetminen und anderen magnetempfindlichen Geräten zu ihrer Identifizierung und Zerstörung eingesetzt werden kann. Viele Kriegsschiffe werden daher einem Entmagnetisier- oder Degaußer-Verfahren unterzogen, bei dem der permanente Magnetismus entfernt wird und sie sich daher besser tarnen können. Der Pier, auf dem dieses Verfahren durchgeführt wird, sollte ebenfalls keine magnetische Reaktion aufweisen, was den Bedarf an nickelhaltigem austenitischem Edelstahl erklärt. Als die U.S. Navy das Material für die Betonbewehrung und den Bindedraht für den Pier am Point Loma im kalifornischen San Diego auswählte, entschied sie sich für Edelstahl des Typs XM-29 (UNS S24000) und 304 (S30400). Die gewählten Legierungen mussten im Pier dem Salzwasser des Pazifischen Ozeans widerstehen, das in den Beton gelangt, sowie den relativ hohen Temperaturen. Die magnetische Durchlässigkeit von Typ XM-29 bleibt auch nach mehreren Kaltbearbeitungen sehr niedrig, sodass die Vorspannlitzen, die für die quadratischen Pfeiler, die Pfeilerkappen und im Deck verwendet wurden, ebenfalls aus dieser Legierung bestehen. Wo der Edelstahl geringer belastet wurde, wurde Typ 304 verwendet. 2008 wurde der gesamte Bau nach 20 Betriebsjahren einer Untersuchung unterzogen. Die einzige geringfügige Korrosion wurde im Edelstahl des Typs 304 festgestellt, und zwar an einer Stelle mit einer nicht ausreichenden Betonabdeckung (weniger als 12 mm). Bei einer Deckschicht von 25 mm oder mehr zeigten sich alle Teile der Typen 304 und XM-29 in einem hervorragenden Zustand. Ähnliche Piers wurden in King's Bay, Georgia und Pearl Harbour, Hawaii, gebaut.

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KILLION O'SULLIVAN

8 NICKEL SONDER-LEITARTIKEL

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Edelstahl hält die Belastung aus

Die Rolle von nickelhaltigem Edelstahl in lasttragenden Anwendungen

E

delstahl ist ein höchst vielseitiges Material mit einer einzigartige Reihe nützlicher Eigenschaften, die in lasttragenden Anwendungen genutzt werden können. Das Hauptunterscheidungsmerkmal von Edelstahl im Vergleich zu Kohlenstoffstahl ist seine inhärente Korrosionsbeständigkeit aufgrund der eng anliegenden Chromoxid-Schutzschicht, die sich bei Anwesenheit von Sauerstoff spontan auf seiner Oberfläche bildet. Das bedeutet, dass Edelstahlkomponenten einer Vielzahl von Umgebungen ausgesetzt werden können, ohne dass Schutzbeschichtungen erforderlich wären. Sie eignen sich somit ideal für Projekte, in denen eine exponierte Metalloberfläche erforderlich ist.

Aufgrund der Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung verhält sich ein Edelstahlträger bei einem Brand anders als ein KohlenstoffstahlTräger: Edelstahl verliert seine Festigkeit bei Temperaturen über 500 °C langsamer und bewahrt seine Steifigkeit bei allen Temperaturen

s Stahl-Beton-Stahl-Prüfmuster vor dem Betonieren (Kohlenstoffstahlplatte links, Edelstahlplatte rechts)

s Auf der Arkutun Dagi-Plattform wurden EdelstahlBrand- und Explosionsschutzwände montiert

JOHN STURROCK

VTT

MTE LTD

vs Edelstahl-Baldachin im Gasholder Park, Nähe King’s Cross, London, UK

besser. Aufgrund der hervorragenden Duktilität und des signifikanten Belastungshärtungsverhaltens kann Edelstahl beträchtliche Stoßwirkungen aushalten, ohne zu reißen. Deswegen wird Edelstahl bei Bauwerken und in Ausrüstungen verwendet, die extremen Belastungen widerstehen müssen, wie z. B. Brandschutz- und Explosionsschutzwände für die Öl- und Gasindustrie oder Sicherheitswälle, Barrieren, Türen und Tore. Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl macht ihn zum idealen Material für Komponenten in aggressiven Umgebungen, die nicht zugänglich oder nur schwer zu prüfen, zu warten oder zu ersetzen sind.

Aus diesem Grund ist Edelstahl eine beliebte Option für lasttragende Komponenten in der Atomindustrie. Im Folgenden werfen wir einen kurzen Blick auf einige der vielfältigen Anwendungsoptionen für Edelstahl in tragenden Komponenten.

Gasholder Park Gasspeicher Nr. 8 wurde in den Fünfzigerjahren des 19. Jahrhunderts gebaut. Die Struktur war Teil des größten Gaswerks in London und bis zu seiner Außerbetriebnahme 2000 ein bekanntes Wahrzeichen. Der 25 m hohe Führungsrahmen wurde 2011 zerlegt, renoviert und 2013 wieder errichtet. Um einen interessanten Kontrast zu dem Gasspeicherrahmen zu schaffen, entwarf das Architekturbüro Bell Phillips innerhalb des Rahmens einen kreisförmigen Baldachin aus poliertem Edelstahl mit einem Durchmesser von 30 m. Der Baldachin wird von 150 Säulen abgestützt, die aus 25 mm dickem, spiegelpoliertem Edelstahl 316L (UNS S31603) mit einem Nickelgehalt von ca. 10 % bestehen. Die Säulen sind in einem weiten Abstand in der Nähe des Kanals positioniert, um die Menschen in den Park einzuladen und eine unbehinderte Sicht auf den Kanal zu gewährleisten. In größerer Entfernung vom Kanal stehen die Säulen näher beieinander, was einen geschlosseneren Eindruck erweckt. Das Baldachindach besteht aus einer 15 mm dicken Platte aus Edelstahl 316L und umfasst ein geometrisches Perforationsmuster, das in einem Wasserstrahl-Schneidverfahren hergestellt wurde. Die Perforationsdichte nimmt zum Kanal hin zu und schafft einen offenen Eindruck. Wenn das Sonnenlicht durchscheint, entsteht ein Fleckeneffekt.

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Lasttragend in der Atomindustrie Lasttragende, modulare Stahl-Beton-Stahl-Einheiten sind in neuen Atomkraftwerken eine beliebte Option. Sie beschleunigen den Bau, vereinfachen das Fixieren der Ausrüstungsstützpunkte und reduzieren die Kosten. Wenn eine Seite einer korrosiven Umgebung ausgesetzt ist, können Module mit einer Kohlenstoffstahlplatte auf einer Seite und einer Edelstahlplatte auf der anderen eine kostengünstige Lösung darstellen. Diese Option wurde bereits in Westinghouse AP1000-Druckwasserreaktoren in China und den USA eingesetzt (Sanmen 1 und 2, Haiyang 1 und 2, Vogtle 3 und 4).

Für modulare Stahl-Beton-Stahl-Bauten in Atomkraftwerken in Japan, Südkorea und den USA sind spezielle Bauvorschriften zu beachten, während es in Europa keine diesbezügliche Vorgabe gibt. Dieser Umstand wird von einem von der EU finanzierten Großprojekt unter der Leitung des britischen Steel Construction Institute angesprochen. Das SCIENCE-Projekt, dessen Abschluss für 2017 vorgesehen ist, umfasst Tests an 9 m langen Trägern, bei denen eine Platte aus Kohlenstoff und die andere aus 10 mm starkem Edelstahl Typ 304L (UNS S30403) mit ca. 10 % Nickel besteht.

Explosionsbeständig Bei der Herstellung von 13.400 m2 Brand- und Explosionsschutzwänden, Hitzeschilden, Windwällen und Explosionsentlastungspaneelen für die Arkutun Dagi-Bohrplattform wurden fast 300 Tonnen Duplex-Edelstahl der Legierung 2304 (UNS S32304, Nickelgehalt: 4 %) verarbeitet. Dabei handelt es sich um eines von drei Offshore-Feldern, die im Rahmen des Sachalin-1-Projekts entwickelt werden. Das Gesamtfeld beinhaltet Reserven von 2,3 Mrd. Barrel Öl und 17,1 Billionen Kubikfuß Gas. Sachalin ist eine abgelegene, spärlich bevölkerte Insel im eisigen Ochotskischen Meer vor der Ostküste Russlands. Die Brand- und Explosionsschutzwände haben ein geringes Gewicht, hohe Integrität, und sind vollständig geschweißte, gasdichte Systeme aus profiliertem Edelstahl. Sie sind auf Brandschutzstufen bis H120 und 120 Minuten Jet-Fire isoliert und widerstehen Explosionsdrücken bis 1,5 bar. Die Wände wurden von MTE Ltd im britischen Darlington entwickelt, konstruiert und gefertigt und wurden zur Endmontage nach Südkorea geliefert. ExxonMobil begann im Januar 2015 mit der Förderung auf dem Arkutun Dagi-Feld.

Dies sind nur einige aussagekräftige Beispiele dafür, auf welch vielfältige Weise Edelstahl eine Lösung für verschiedene strukturelle Herausforderungen bieten kann.

NICKEL SONDER-LEITARTIKEL 9

FOTOS MDN MEDIA – AG WAGNER

Studierende inspirieren E

xperten aus der Edelstahlindustrie haben einen neuen„bunt gemischten“ Universitätskurs für Studierende entwickelt. Der Kurs soll Studentinnen und Studenten der Architektur und Bauwissenschaften inspirieren und ihnen die vielen verschiedenen Möglichkeiten und Vorteile von Edelstahl im Bausektor aufzeigen. „Edelstahl als attraktive und nachhaltige Alternative zu anderen Baumaterialien wird Architektur- und Bauwissenschaftsstudenten an der Uni in der Regel nicht vermittelt“, so Bernard Heritier vom International Stainless Steel Forum (ISSF). „Daher wissen Architekten und Bauingenieure oft nicht um die Vorteile, Anwendungen oder Entwurfserwägungen, die speziell für Edelstahl gelten. Stattdessen folgen sie eher der simplistischen Meinung, dass Edelstahl mehr koste als Kohlenstoffstahl.“ Der Hauptgrund, warum Edelstahl in Universitätslehrplänen nicht vorkommt, ist laut Heritier der Zeitmangel, sowohl was die Kursvorbereitung als auch den eigentlichen Unterricht betrifft. Um diesem Problem zu begegnen, hat das ISSF zusammen mit einem Gremium von Experten aus Akademie und Industrie einen umfassenden und präzisen Kurs zusammengestellt, in dem Universitätslehrkräfte Studierenden und jungen Bauingenieuren die vielen Nutzungsmöglichkeiten von Edelstahl vermitteln können. Die Dozenten können den Kurs in seiner Gesamtheit verwenden oder die Teile wählen, die zu ihrem Lehrplan passen.

Der Kurs behandelt elf Kategorien, die an geeigneten Stellen in ausführlichere Unterabschnitte unterteilt wurden. In den vergangenen

r Architekturstudenten in Polen nehmen an einem Edelstahl-Workshop teil, der von Stowarzyszenie Stal Nierdzewna (SSN) durchgeführt wird, der polnischen Vereinigung zur Entwicklung von Edelstahl.

Jahren wurde er von einem Gremium von Universitätswissenschaftlern, deren Feedback in das Gesamtprodukt einfloss, bis in die kleinsten Einzelheiten angepasst.

Die Themen reichen von Edelstahl in der Kunst bis zu Anwendungen wie Fassaden, begrünte Wände, städtische Möbel und Wasserverteilung. Abgedeckt werden nicht nur die mechanischen und Korrosionseigenschaften von tragenden Edelstahl-Anwendungen, Edelstahl-Oberflächen und Endbearbeitungen, sondern auch die Themen Verbindungen und Herstellung sowie der Aspekt der Nachhaltigkeit.

Der Kurs wird auf verschiedene Weise eingesetzt. Manche Lehrkräfte verwenden das Material in Tutorien, andere nutzen es für interne Schulungen und auch als Referenz, weil am Ende jedes Kapitels nützliche Quellenangaben präsentiert werden. John Tarboton von der Southern Africa Stainless Steel Development Association ist von der Qualität des Lehrmaterials überzeugt. „Wir präsentieren allen Architekturstudenten im ganzen Land eine kondensierte Version und verwenden das Material in spezialisierten Workshops, z. B. zu Edelstahl in strukturellen Anwendungen.“ Der Kurs Stainless Steels for Lecturers and Students of Architecture and Civil Engineering kann kostenlos heruntergeladen werden unter: www.nickelinstitute.org oder www.worldstainless.org/training/ Er ist derzeit auf Französisch und Englisch erhältlich; weitere Sprachen sind in Planung.

NI TECHNISCHE HILFE Fragen Sie unsere Experten

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ISTOCK PHOTO © &#169 IGOR TEREKHOV

alls Sie spezifische Fragen zu Nickel und nickelhaltigen Materialien einschließlich Edelstahl haben, können Sie den kostenlosen technischen Hilfsdienst des Nickel Institute kontaktieren.

Ein weltweites Netz hoch qualifi zierter Fachleute bietet die nötige Expertise und das technische Know-how zu Nickel, seinen Eigenschaften und Anwendungen, um eine optimale Leistung sowie eine sichere Handhabung und Nutzung zu gewährleisten. Darüber hinaus werden Anwender mithilfe des Dienstes über die Vorteile nickelhaltiger Materialien informiert und erfahren, wie diese für bestimmte Anwendungen kosteneffektiv und erfolgreich eingesetzt werden können.

2015 gingen rund 500 Anfragen ein, die alle beantwortet wurden. Die Anfragen stammten aus vielen verschiedenen Endanwendungsgebieten, z. B. Konstruktion (36 %), Architektur und Bauwesen (14 %) und Chemie und Petrochemie (9 %).

Um auf den Dienst zuzugreifen, gehen Sie zu www.nickelinstitute.org und klicken Sie auf „Technical Help“.

10 AKTUELLE ANWENDUNGEN

NICKEL, JHRG. 31, NR. 1, APRIL 2016

Nickelhaltiger Edelstahl

HAWORTH TOMPKINS ARCHITECTS AND KEITH HUNTER

für einfache Ziegellaibungen

Hinter einer schönen Fassade leisten Befestigungsteile wichtige Dienste. Innovative Befestigungsprodukte aus nickelhaltigem Edelstahl ermöglichen verkürzte Bauzeiten und reduzierte Baukosten.

PHOTO © SIEMENS AG

iegellaibungen (der Bereich einer Verkleidung, der z. B. von vertieften Fenstern nach außen reicht) werden bei Gebäuden immer beliebter. In Steinfassaden sorgen sie für eine zusätzliche Dimension. Vorgefertigte Edelstahleinheiten machen jetzt komplizierte, zeitaufwändige gemauerte Laibungen unnötig und erzeugen bei Neubauten schnell und einfach den gewünschten Look.

Befestigungsprodukte stellen kritische Verbindungen in einem Gebäude oder einer Struktur her, sind aber auch einer ständigen Belastung ausgesetzt. Nach der Installation sind sie unsichtbar. Inspektion, Wartung oder Ersetzen sind aufgrund der Unzugänglichkeit oft nicht möglich oder wegen der beträchtlichen Kosten und des damit verbundenen Aufwands nicht praktikabel. Nickelhaltiger Edelstahl ist bei solchen bautechnischen Anwendungen im Gegensatz zu Kohlenstoff- oder galvanisiertem Stahl daher eine langfristige Lösung.

Ancon Building Products mit Hauptsitz im britischen Sheffield entwirft und fertigt eine breite Palette von

NICKEL, JHRG. 31, NR. 1, APRIL 2016

Edelstahlbefestigungsteilen für den Ziegel- und Betonbau. Das Unternehmen entwickelte zusammen mit der Schnittziegel-Fachfirma lbstock Kevington eine schnelle und einfache Lösung zur Herstellung fehlerloser Ziegellaibungen für Mauerwerkfassaden. „Durch das fortschrittliche, leichte Moduldesign ist es einfacher, Ziegellaibungen zu schaffen und sie perfekt mit der Hauptziegelfassade auszurichten“, erklärt Lisa Kelly, Divisional Manager bei Ancon.

Das Nexus® System kombiniert ein Baumodul mit Edelstahlrückseite und Ziegelfront mit einem Stützwinkel aus Edelstahl des Typs 304 (UNS S30400). Die leichtgewichtige Edelstahlrückseite der Ziegelfassadeneinheit bietet beträchtliche Vorteile gegenüber der herkömmlicheren Betonalternative. Das neue Nexus-Laibungssystem wiegt nur etwa die Hälfte von Beton.

In den meisten Fällen können die Einheiten dadurch ohne Spezialhubausrüstung installiert werden. Dies bietet deutlich verkürzte Installationszeiten und ist aufgrund der hohen Baugeschwindigkeiten von heute ein wichtiger Vorteil.

r Das neue Nexus-System wurde in Laibungen für die Silchester Estate-Renovierung in Kensington und Chelsea, London, auf breiter Front eingesetzt.

ANCON BUILDING PRODUCTS

Z

r Das Nexus® System kombiniert ein Baumodul mit Edelstahl-Rückseite (Typ 304/UNS S30400) und Ziegelfront mit einem Stützwinkel. Die einzelnen Einheiten werden dezentral auf die nötigen Maße gefertigt. Sie werden einfach von Hand am vorbefestigten und vorgebohrten Stützwinkel angebracht und festgeschraubt. Diese einfache, zweiteilige Bauweise ermöglicht die unproblematische Installation und Anpassung der Einheiten und eine perfekte Ausrichtung. Wenn die Einheiten positioniert sind, werden die Klinker einfach mit der Hauptziegelfassade ausgerichtet.

AKTUELLE ANWENDUNGEN 11

DEN WEG LEUCHTEN

FLORIAN COAT

Nickel-Metallhydrid-Akkus sorgen in Gemeinden mit extremen Klimaverhältnissen für Beleuchtung und mehr Sicherheit

I

n Gegenden der Welt, in denen es kein Stromnetz gibt, für eine ausreichende Beleuchtung von Straßen und Plätzen im Freien zu sorgen, ist nicht einfach. Besonders schwierig ist dies unter extremen Klimabedingungen. Die daraus resultierenden Sicherheitsvorteile für alle Bürger sind aber beträchtlich.

Sunna Design, eine französische Konstruktionsfirma und ein Hersteller von Solarbeleuchtung, geht dieses Problem mit einer ganzen Reihe von Beleuchtungslösungen speziell für ländliche, trockene oder Wüstenregionen an, in denen Installation und kontinuierliche Wartung schwierig sind. Sunna hat Laternenpfähle mit Solarzellen entwickelt, die mit einem Nickel-Metallhydrid-(NiMH)-Akku ausgerüstet sind und ein intelligentes Strommanagementsystem nutzen. Die Lampen beleuchten abgelegene Gegenden und sind praktisch wartungsfrei; sie sollen Beschädigungen durch Vandalismus stark einschränken und sind schnell und einfach zu installieren.

Für selbstständige Solarbeleuchtungssysteme kann ein Akku mit geringem Gewicht ein wichtiger Vorteil sein, wenn er auf Höhe angebracht werden muss. Kleine NiMH-Akkus sind im Kopf der Lampe integriert und werden oben am Pfahl angebracht. Dies vereinfacht die Installation beträchtlich und vermeidet, dass der Akku unterirdisch versenkt werden muss. Außerdem entfällt damit die Notwendigkeit von Schränken oder externen Stromverbindungen.

Widerstandsfähige chemische Zusammensetzung des Akkus Um eine lange Lebensdauer des Akkus zu erzielen, sind Lade- und Entlademanagement von grundlegender Bedeutung. Ladeende- und Entladeende-Erkennungsmethoden verhindern ein Überladen oder Überentladen und sind in das Akkumanagementsystem einprogrammiert.

Die Entscheidung für einen Akkumulator auf Nickelbasis ging auf eine zweijährige Studie in Zusammenarbeit mit dem französischen Forschungslabor CEA-INES zurück, das zum Nationalen Institut für Solarenergie gehört. Die Forscher verglichen verschiedene Akkumulatortechnologien, die unter extremen Bedingungen eingesetzt werden können. „Regen, Sonnenbestrahlung und intensive Hitze sowie Sandstürme und Wüstenwinde von bis zu 100 km/h mussten berücksichtigt werden“, erläutert Raphael Baillot, Forschungs- und Entwicklungsleiter bei Sunna.

Die Lufttemperatur ist für einen Akku der wichtigste Umweltfaktor. Das

12 AKTUELLE ANWENDUNGEN

„Mit den nickelbasierten Akkus können wir eine bislang unerreichte Lebensdauer für unsere Produkte erzielen.“ Ziel bestand darin, die Wüstenumgebungen gegenüber widerstandsfähigste chemische Zusammensetzung des Akkus zu ermitteln und dessen Leistung und Lebensdauer unter widrigen Bedingungen zu verbessern.

Unerreichte Lebensdauer Beschleunigte Alterungstests bestätigten die Effi zienz der NiMH-Technologie und prognostizierten eine Lebensdauer von zehn Jahren sowie die Eignung für den Einsatz in den Wüsten Afrikas oder des Nahen Ostens. Hier können die Temperaturen zwischen 58 °C während des Tages und 10 °C nachts schwanken. In manchen Regionen können die Temperaturen in bestimmten Jahreszeiten sogar auf den Gefrierpunkt fallen. Der Akku muss daher über einen breiten Temperaturbereich hinweg zuverlässig funktionieren. „Mit den nickelbasierten Akkus können wir eine bislang unerreichte Lebensdauer für unsere Produkte erzielen“, so Baillot. „Aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit dieses Metalls können wir auch unter den weltweit widrigsten Bedingungen optimale Leistungen erzielen“, fügt Sunna-Ingenieur Nicolas Mercadal hinzu. „Dies ist nichts weniger als die beste Akkutechnologie für Solarbeleuchtungsanwendungen.“ Weil der Akku während des Tages Sonnenenergie für die Benutzung bei Nacht speichert, kommt es vor allem auf die Effi zienz des Energiespeichers des Systems an. In afrikanischen Ländern haben Bleiakkumulatoren in ähnlichen Systemen eine Lebensspanne von maximal zwei Jahren.

Oft fallen sie aber schon nach weniger als einem Jahr aus. „Durch die Zuverlässigkeit von NiMH-Akkus lassen sich zusätzliche Wartungskosten vermeiden“, sagt Laura Pargade, Marketingleiterin bei Sunna. „Ein intelligentes elektronisches Energiemanagementsystem optimiert das

NICKEL, JHRG. 31, NR. 1, APRIL 2016

FLORIAN COAT BENOIT POITEVIN

Beleuchtungsprogramm je nach Wetter und verlängert die Akkulebensdauer.“ NiMH bietet eine angemessene spezifische Energie (55 bis 70 Wh/kg) und deckt einen der größten für wiederaufladbare Batterietechnologien verfügbaren Temperaturbereiche ab: -20 bis +70 °C. Gemeinden in mehr als 20 Ländern nutzen diese Systeme schon heute.

Viele davon liegen in Afrika (z. B. im Senegal, in Nigeria und Kamerun), andere sind aber auch in Flüchtlingslagern in Jordanien anzutreffen.

Stromausfälle und die damit verbundene völlige Dunkelheit in abgelegenen Landstrichen könnten dank der Solarbeleuchtungssysteme, die auf NiMH-Akkutechnologie basieren, bald schon der Vergangenheit angehören. Diese Technik hat das Potential, zuverlässig und nachhaltig überall und jederzeit dafür zu sorgen, dass das Licht angeht und an bleibt.

FLORIAN COAT

s Das von Sunna neu entwickelte Nanogrid-System verbindet eine Solar-Straßenlaterne mit acht Häusern, um auch eine Innenbeleuchtung zu speisen und Mobiltelefone aufladen zu können.

NICKEL, JHRG. 31, NR. 1, APRIL 2016

r Das solarbetriebene Beleuchtungssystem iSSL Maxi von Sunna sorgt im Hafen von Ziguinchor, Senegal, für Licht.

Längere Marktöffnungszeiten

Z

iguinchor ist die größte Stadt der Region Casamance im Senegal und hat mehr als 230.000 Einwohner. Sie liegt an der Mündung des Casamance-Flusses und hat einen sehr umtriebigen Hafen mit einem bedeutenden Fischereibetrieb. In bestimmten Hafenbereichen wird der örtlich gefangene Fisch geräuchert und verkauft. Bevor die Stadtverwaltung das Solar-Straßenbeleuchtungssystem Maxi von Sunna Design installierte, mussten die Fischer Taschenlampen mit Klebeband am Kopf befestigen, um im Dunkeln arbeiten zu können. Der Verkauf von Fisch nach Einlaufen der Fischerboote war aufgrund der Dunkelheit eingeschränkt.

Mithilfe der Solar-Straßenbeleuchtung können die kommerziellen Aktivitäten jetzt aber bereits um 4 Uhr beginnen.

s Vor dem Solarbeleuchtungssystem mussten Fischer improvisierte Stirnleuchten verwenden.

FLORIAN COAT

r Ein widerstandsfähiger NiMH-Akku, der Temperaturen von -20 bis+70 °C widersteht, speist hocheffiziente LED-Lampen. Das intelligente Elektroniksystem verwaltet die Energie, optimiert das Beleuchtungsprogramm und verlängert die Lebensdauer des Akkus auf bis zu zehn Jahre.

AKTUELLE ANWENDUNGEN 13

Neue Veröffentlichung

Leitfaden zu Nickel-Aluminiumbronze für Ingenieure

K

upfer- und Aluminiumlegierungen werden als Aluminiumbronze bezeichnet. Ihre Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit können mithilfe der Zugabe von Nickel in Kombination mit Eisen verbessert werden, woraus Nickel-Aluminiumbronzen entstehen. Diese Legierungen haben auch hervorragende Kaltverschweißeigenschaften. Endanwendungen reichen von Fahrwerklagern für Flugzeuge bis zu Meerwasserpumpen und -ventilen, Propellern und funkenfreien Werkzeugen. Die Legierungen werden sowohl in Schmiede- als auch in Gussformen hergestellt.

Die am häufigsten verwendeten Legierungen weisen einen Nickelanteil von etwa 5 Prozent auf. Ihre Mikrostruktur ist komplex, was ein Härten ermöglicht, aber auch während der Herstellung und Wärmebehandlung strikte Kontrollen erfordert, um die für spezifische Anwendungen optimalen Eigenschaften zu erhalten.

Eine neu veröffentlichte Publikation bietet einen praktischen Leitfaden für Ingenieure, die Nickel-Aluminiumbronze-Komponenten für die Sektoren Seefahrt, Luftfahrt oder andere Anwendungsbereiche spezifizieren, entwerfen oder produzieren möchten. Die Publikation erläutert ihr Korrosionsverhalten und enthält Informationen, mit denen gute Einsatzleistungen erzielt werden können. Herstellungsverfahren, Schweißung und Fabrikation werden beschrieben, und es werden eine Referenzliste und nützliche Publikationen angegeben. Ein Anhang enthält vollständige Details zu Kennzeichnungen, Spezifikationen und der damit verbundenen Zusammensetzung und den mechanischen Eigenschaftsanforderungen.

Eine PDF-Version der CDA-Publikation 222 kann von www.nickelinstitute.org heruntergeladen werden.

Nickel und Nanotechnologie bieten eine Lösung für das Überhitzen von Batterien

ZHENG CHEN

s Eine dünne Polyethylenfolie verhindert, dass sich eine Lithium-Ionen-Batterie überhitzt, und startet die Batterie dann wieder, wenn sie abgekühlt ist.

Die Folie ist mit spitzen Nanopartikeln aus graphenbeschichtetem Nickel durchsetzt.

UNS-Details UNS

F

orscher an der Universität Stanford haben die erste Lithium-Ionen-Batterie entwickelt, die sich vor dem Überhitzen abschaltet und nach dem Abkühlen wieder sofort neu aktiviert wird.

Erwärmungs- und Abkühlzyklen abschalten und erneut aktivieren kann, ohne dass die Leistung beeinträchtigt wird.“ Um das Problem anzugehen, griffen Yi Cui, Bao und Postdoktorand Zheng Chen zur Nanotechnologie.

Die neue Technologie könnte die Art von Bränden verhindern, die zu Produktrückrufen und Verboten vieler verschiedener batteriebetriebener Geräte geführt haben, von Lehnstühlen und Computern bis hin zu Navigationssystemen und Hoverboards.

Wenn sie eng gebündelt werden, leiten Nanopartikel aus graphenbeschichtetem Nickel Elektrizität. Wenn die Batterie zu heiß wird, trennen sich die Partikel, und der elektrische Strom wird unterbrochen. Beim Abkühlen schließen sich die Partikel wieder zusammen und die Batterie erzeugt wieder Strom.

„Forscher haben bisher unterschiedliche Strategien angewandt, um das Problem der Brandentstehung durch LithiumIonen-Batterien zu verhindern“, so Zhenan Bao, Professor für Chemietechnik an der Universität Stanford. „Wir haben die erste Batterie entwickelt, die sich bei wiederholten

„Im Vergleich zu früheren Ansätzen bietet unsere Entwicklung eine zuverlässige, schnelle und reversible Strategie, mit der sowohl eine hohe Batterieleistung als auch verbesserte Sicherheit erzielt werden“, so Cui. „Dieses Verfahren verheißt viel Gutes für praktische Batterieanwendungen.“

Chemische Zusammensetzungen (in Gewichtsprozent) der in dieser Ausgabe des Nickel Magazine erwähnten nickelhaltigen Legierungen und rostfreien Edelstähle

C

Co

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Nb

Ni

P

S

Si

Ti

S24000 S. 7

0,08 max.

-

17,019,0

-

Rest

11,514,5

-

0,200,40

-

2,3 -3,7

0,060 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

S30400 S. 4, 5, 6, 7, 11

0,08 max.

-

18,020,0

-

Rest

2,00 max.

-

-

-

8,010,5

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

S30403 S. 9

0,03 max.

-

18,020,0

-

Rest

2,00 max.

-

-

-

8,012,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

S31600 S. 4

0,08 max.

-

16,018,0

-

Rest

2,00 max.

2,003,00

-

-

10,014,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

S31603 S. 6, 9

0,030 max.

-

16,018,0

-

Rest

2,00 max.

2,003,00

-

-

10,014,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

S31653 S. 4

0,030 max.

-

16,018,0

-

Rest

2,00 max.

2,003,00

0,100,16

-

10,014,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

-

S32205 S. 4, 6, 16

0,030 max.

-

22,023,0

-

Rest

2,00 max.

3,003,50

0,140,20

-

4,56,5

0,030 max.

0,020 max.

1,00 max.

-

S32304 S. 2, 4, 6, 7, 9, 16

0,030 max.

-

21,524,5

0,050,60

Rest

2,50 max.

0,050,60

0,050,20

-

3,05,5

0,040 max.

0,040 max.

1,00 max.

-

14 NICKEL KURZMELDUNGEN

NICKEL, JHRG. 31, NR. 1, APRIL 2016

NICKEL-KATALYSATORFORSCHUNG geht in die Vollen B

ei der Suche nach kostengünstigen, sauberen und erneuerbaren Energien entwickeln nordamerikanische Forscher neue NickelKatalysatoren, die Brennstoffzellen erschwinglicher machen werden.

In den USA macht das Transportwesen (Pkw, Lkw, Busse, Schiene, Wasser und Luft) 20 % des Energieverbrauchs aus. In erster Linie kommen dabei fossile Brennstoffe zum Einsatz. Daher wird fieberhaft nach umweltfreundlichen Alternativen gesucht.

Während wiederaufladbare Batterien bis dato den größten kommerziellen Erfolg hatten, meldeten Dr. Yushan Yan und seine Kollegen von der University of Delaware vor Kurzem einen Durchbruch, der Brennstoffzellen erschwinglicher machen könnte, indem das teure Platin, aus dem Katalysatoren bestehen, durch Nickel ersetzt wird, was zu signifikanten Kostenreduzierungen führen kann.

Der Kommerzialisierung von Brennstoffzellen steht bislang der hohe Preis von Platin (~$50 pro Gramm) entgegen. Die Brennstoffzelle auf dem derzeitigen neuesten Stand der Technik ist eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) und verwendet Platin sowohl für die Anode als auch die Kathode. Durch einen Wechsel der Betriebsumgebung von einer sauren hin zu einer

UNIVERSITY OF DELAWARE

Die zwei vielversprechendsten Kandidaten für Autos sind wiederaufladbare Batterien und Brennstoffzellen, die die chemische Energie von Wasserstoff in Elektrizität umwandeln.

Elektroautos haben den Nachteil einer relativ kurzen Reichweite und langen Batterieladezeit. Im Gegensatz dazu können Wagen mit Brennstoffzellen in weniger als fünf Minuten aufgeladen und mit einer einzigen Ladung mehr als 500 km gefahren werden. r Yushan Yan am Steuer eines Autos mit Brennstoffzelle. Er erforscht die Nutzung von Nickel als Katalysator in einem alkalischen Elektrolyt, um die Kosten von Wasserstoff-Brennstoffzellen zu senken. basischen (d. h. einer Hydroxidaustauschmembran-Brennstoffzelle oder HEMFC) eröffnet sich die Möglichkeit für den Einsatz von Nickel-Katalysatoren und anderen kostengünstigeren Komponenten.

Die Spitzenleistungsdichte von HEMFC liegt unter der von PEMFC, doch haben Dr. Yan und seine Kollegen Ni-Nanopartikel synthetisiert, die von stickstoffdotierten Kohlenstoffnanoröhrchen unterstützt werden und ähnliche Aktivitäten wie PT in HEMFC aufweisen. „Diese neue HydroxidaustauschmembranBrennstoffzelle kann hohe Leistungen zu bisher nicht möglichen niedrigen Kosten liefern“, sagt Yan.

Die Nickel

ISTOCK PHOTO © HOCUS FOCUS STUDIO

ISTOCK PHOTO © MONCHERIE , © PETAR CHERNAEV

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NICKEL, JHRG. 31, NR. 1, APRIL 2016

NICKEL

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NICKEL KURZMELDUNGEN 15

EDELSTAHL FÜR GAUDIS MEISTERWERK IN BARCELONA

LA SAGRADA FAMILIA Jahre nach der Grundsteinlegung nähert sich der Bau von Antoni Gaudis massiver Basilika La Sagrada Familia in Barcelona dem Abschluss. Bei diesem außergewöhnlichen Bauwerk spielt nickelhaltiger Edelstahl eine wichtige Rolle.

Der streng katholische Gaudí war sich selbst darüber im Klaren, wie lange der Bau seines massiven Werks in Anspruch nehmen würde: „Die Arbeiten an der Sagrada Familia schreiten

r Nickelhaltige Duplex-Edelstahle sind eine wichtige strukturelle Komponente.

Die 18 Türme der Sagrada Familia werden Höhen von 94 bis 172 Meter erreichen.

langsam voran, denn mein Kunde hat keine Eile.“ Mit seinem „Kunden“ meinte er natürlich Gott.

Die Fertigstellung ist für 2026, den hundertsten Todestag des berühmten Architekten, geplant.

Die 18 Türme der Sagrada Familia werden dann Höhen von 94 bis 172 Meter erreichen. Nickelhaltiger Edelstahl ist dabei eine wichtige strukturelle Komponente. Aufgrund seiner hohen Festigkeit, hervorragenden Korrosionsbeständigkeit und reduzierten Lebenszykluskosten werden von Outokumpu Edelstahl-Bewehrungen, maschinell bearbeitete Komponenten und plasmageschnittene Plattenprodukte geliefert.

Nickelhaltige Duplex-Edelstahle der Legierungen 2304 (UNS S32304) und 2205 (S32205) wurden als kosteneffiziente und dauerhafte Lösungen für die anspruchsvollen Strukturelemente gewählt.

Das Bauwerk muss noch um sechs neue Türme ergänzt werden. Der höchste davon wird die Basilika zum höchsten Sakralgebäude Europas machen. Während es unmöglich ist, die Baukosten der Sagrada Familia über ihre gesamte Lebensdauer zu schätzen, belaufen sich die jährlichen Bau- und Wartungskosten derzeit auf rund €25 Millionen. Finanziert wird das Projekt von den drei Millionen Besuchern jährlich sowie von privaten Spendern.

Die Sagrada Familia ist zweifelsohne ein kontroverses Bauwerk. Inspiriert von der Heiligen Schrift und der Natur besteht sie aus Sandstein, Granit und Stahlbeton. Weil sie für die Ewigkeit gebaut wird, spielt nickelhaltiger Edelstahl eine wichtige Rolle.

OUTOKUMPU — COURTESY OF SAGRADAFAMILIA

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