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Designstandards fürBauedelstahl
Edelstahlfür Vorhangfassaden
Wind TreeWiedergeburt einer Skulptur
Architektur und BauDie (unter)stützende Rolle von Nickel
NICKEL, JHRG. 35, NR. 1 , 2020
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D IE FACHZ EI T SCHRIF T F ÜR NICK EL UND SEINE A N W ENDUNGEN
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FALLSTUDIE 18BANK OF COMMUNICATIONS, SUZHOU
Vorhangfassaden verleihen Gebäuden äußere Stabilität und innere Eleganz. Das Filialgebäude der Bank of Communications im chinesischen Suzhou macht sich die einzigartigen Eigenschaften von Edelstahl in jeder Hinsicht zunutze. So entsteht nicht nur ein langfristiger Nutzen in Bezug auf Kosten und Wartung, sondern auch ein wunderschönes Äußeres, das Strenge, Sicherheit und Zuverlässigkeit widerspiegelt, wie es von einer Bank erwartet wird.
Die Architekten und Ingenieure der Vorhangfassade für das Bank of Communications-Projekt, Zhang Jun und Xiong Duokui von der Suzhou Gold Mantis Curtain Wall Co., orientierten sich an Vorbildern wie dem 1930 errichteten Chrysler Building in den USA, dem Burj Khalifa Tower in Dubai und dem Ping International Finance Centre in China. Bei allen diesen Gebäuden hat sich nickelhaltiger Edelstahl des Typs 316L (UNS S31603) bewährt – weder kam es zu Abnutzungserscheinungen noch wurde je ein Ersatz notwendig.
Der in dem 25 Stockwerke hohen Ge- bäude weitläufig verwendete Edelstahl des Typs 316L hat eine erwartete Lebens- dauer von mehr als 100 Jahren. Eine Vorhangfassade aus Edelstahl erhebt sich bis zu einer Höhe von mehr als 106 m. In allen Fassadensystemen des Turmes wurden dekorative Rundrohre aus Edelstahl mit Spiegeloberfläche mit einer Stärke von 2,00 mm und einem
Durchmesser von 150 mm eingesetzt. Die Verkleidungen zwischen den einzelnen Stockwerken bestehen aus 2,0 mm starkem Edelstahl mit Bürsten-muster, und das Vordachsystem ist an Edelstahlkabeln aufgehängt. Die primären und sekundären Decken-balken des Vordachs sind mit 1,5-mm-Edelstahlblech verkleidet, und die Unterseite des Vordachs ist mit 30 x 50-mm-Edelstahl-Rechteckrohren verziert. Mit 1,5 mm starkem, poliertem Edelstahl verkleidete Säulen an den Dachbalkonen erheben sich bis zu einer Höhe von 3,3 m.
Das von traditionellen Suzhou-Gärten inspirierte Konzept des „Suzhou-Gartentores“ wurde in die Baupläne für das Gebäude integriert. Das Endergebnis: ein gut durchdachtes, markantes Bürogebäude, das heute ein unverkennbares Wahrzeichen des Industrieparks Suzhou ist.
Die an diesem Projekt mitwirkenden Architekten und Konstrukteure sind davon überzeugt, dass von allen in Gebäudevorhangfassaden eingesetzten Materialien Edelstahl das dekorative Material mit der längsten Nutzungs-dauer, dem besten Preis/Leistungs-verhältnis und den höchsten Wieder-gewinnungsraten am Ende seiner Lebensdauer ist.
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Wunderschöne Edelstahlfassaden schmücken einige der augenfälligsten Wolkenkratzer der Welt, und das schon seit mehr als 90 Jahren. Unter dem eleganten Äußeren verbergen sich aber eine eindrucksvolle Spitzentechnologie und Vorteile, die eine Verbesserung der Effizienz, optischen Wirkung und Nachhaltigkeit zur Folge haben.
Gebäude und deren Bau sind für ca. 36 % des globalen Energieverbrauchs und für fast 40 % der Treibhausgasemissionen verantwortlich. Durch die Urbanisierung eines Großteils der Weltbevölkerung wer-den bis 2060 voraussichtlich weitere 230 Milliarden Gebäudequadratmeter hinzu-kommen (was dem gesamten gegenwärti-gen Gebäudebestand entspricht).
Eine sorgfältige Materialauswahl und wohlüberlegte Designentscheidungen können hinsichtlich der Umweltbelastung einen beträchtlichen Unterschied aus- machen. Eine wichtige Rolle hierbei spielt
auch die intelligente Integration funktioneller Fassaden, z. B. von Vorhandfassaden. Diese schützen das Gebäude und die darin arbeitenden Menschen vor Witterung, Hitze, Lärm, Licht und Blendeffekten und bewirken eine erhebliche Verbesserung der Energieeffizienz. Es überrascht daher nicht, dass sie sich immer größerer Beliebtheit erfreuen.
Architekten können bei der Gestaltung von Vorhangfassaden aus verschiedenen Materialien auswählen. Nickelhaltiger Edelstahl bietet eine niedrige thermische Leitfähigkeit und ist ein ideales Material für Bauten in korrosiven Umgebungen oder architektonisch exponierte Baustahlanwendungen. Außerdem ist ihre Kostenbilanz über ihre gesamte Lebensdauer hinweg einfach überragend.
Diese Ausgabe von Nickel enthält einige wunderschöne Fassadenbeispiele, die den existierenden Bestand an ikonischen Gebäuden mit Edelstahlverkleidung auf eindrucksvolle Weise erweitern. Da wäre z. B. das Chrysler Building, das seit 1930 aus der Skyline New Yorks nicht mehr wegzudenken ist – der ultimative Beweis, dass nickelhaltiger Edelstahl mehr ist als nur eine hübsche Fassadenoption.
Clare Richardson Chefredakteurin, Nickel magazine
EDITORIAL:FORM UND FUNKTION
Weltweit bieten der Bau von Gebäuden, die höchsten Ansprü-chen genügen, und umfassende Energiesanierungen bestehender Gebäudeverkleidungen, u. a. unter Einbeziehung von Vorhangfassaden, Möglichkeiten für enorme Einspa- rungen bei den Energiekosten. Die Internationale Energieagentur schätzt, dass diese kumulativen Energieeinsparungen bis 2060 den gesamten Energieverbrauch der G20-Länder im Jahr 2015 bzw. einen Wert von ca. 330 EJ (ein Exajoule = 1018 Joule) übersteigen könnten.
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Globale CO2-Emissionen nach Sektor
Sonstige 6 %|
Industrie32 %
—Baumaterialien und Bauarbeiten
11 %
Gebäude-betrieb
28 %Transport
23 %
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Das Nickel Magazine ist eine Publikation des Nickel Institutewww.nickelinstitute.org
Dr. Hudson Bates, VerbandspräsidentClare Richardson, [email protected]
Autoren und Mitarbeiter: Nancy Baddoo, Gary Coates, Catherine Houska, Christine Li, Richard Matheson, Bruce McKean, Geir Moe, Kim Oakes, Odette Ziezold
Entwurf: Constructive Communications
Das Textmaterial wurde zur allgemeinen Information des Lesers erstellt und sollte nicht als Grundlage für spezi� sche 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 spezi� sche Anwendung und übernehmen keine Haftung oder Verantwortung irgendeiner Art im Zusammenhang mit den hierin enthaltenen Informationen.
ISSN 0829-8351
In Kanada von der Hayes Print Group auf Recyclingpapier gedruckt
Bildnachweise: Titelseite: Baxternator ©David Churchill/arcaid.co.ukpg. 4 iStock©gchutka; pg. 9 iStock©dynasoar; pg.10 iStock©Vera Tikhonova; pg 11. ID 123688539 ©Hoywaii | Dreamstime.com ; pg 12. iStock©MPKphoto
02 Fallstudie 18 Bank of Communications, Suzhou
03 EditorialForm und Funktion
04 Beachtenswertes zumThema Nickel
06 Entwicklung von Standardsfür Bauedelstahl
08 Transformation von Fassaden mit Edelstahl
11 Wind Tree restauriertKorrosionsbeständiger Edelstahl
12 Ni-ResistLegierungen für Spezialanwendungen
14 Technische Fragenund Antworten Niedriger Kohlenstoff gehaltund Schweißbarkeit
15 Neue Publikationen
15 UNS-Details
16 „The Vessel“ in Hudson Yards New Yorks neue Sehenswürdigkeit
Teslas Cybertruck greift nach den SternenTeslas futuristischer elektrischer Cybertruck ähnelt mehr einem Weltraumrover als einem herkömmlichen Pickup-Truck. Das auffällige Außenskelett besteht aus ultrahartem, 30X kaltgewalztem Edelstahl mit hervorragenden Festigkeits- und Widerstandsfähigkeiten. Der ab 2022 lieferbare Cybertruck wird aus der gleichen Edelstahllegierung des Typs 301 (UNS S30100) hergestellt, den Elon Musks ande-res Unternehmen SpaceX für sein Starship-Raumschiff einsetzt. Typ 301 wurde wegen seiner Kosten und Effektivität sowie seiner Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen gewählt. Der für Fahrten auf der Erde vorgesehene Cybertruck wi-dersteht Dellen, Beschädigungen und langfristiger Korrosion; gleichzeitig werden die Insassen maximal geschützt. Die Version mit drei Motoren beschleunigt in 2,9 Sekunden auf 60 mph (96,6 km/h). Darüber hinaus kann der Truck Lasten mit einem Gewicht bis 6.500 kg schleppen.
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INHALT NICKELB E A C H T E N S W E R T E S Z U M T H E M A
ElastokalorischesKältemedium Die Kühl- und HLK-Branche erwirtschaftet Umsätze von vielen Milliarden US-Dollar. Die von ihr verwendete Kühltechnik steht kurz davor, dank eines neuartigen elastokalorischen Kältemediums einen enormen Entwicklungssprung zu machen. Dabei handelt es sich um eine hocheffi ziente, umweltfreundliche Formgedächtnislegierung, die für die Anwendung in großen Anlagen und Vorrichtungen leicht nach oben skaliert werden kann. Das neue Kältemedium, das von einem internationalen Team unter Leitung von Professor Ichiro Takeuchi und der University of Maryland entwickelt wurde, ist eine mithilfe additiver Technologie (3D-Druck) geformte Nickel-Titan-Legierung. Die Technologie ist potenziell effi zienter als die Dampfkompressionskühlung, die den Markt seit mehr als 150 Jahren dominiert und dabei chemische Kältemittel mit Folgen für die Erderwärmung einsetzt. Das neue Kältemedium ist absolut umweltfreundlich. Professor Takeuchi arbeitet seit fast zehn Jahren an dieser innovativen Technologie, die jetzt kurz vor der Kommerzialisierung steht.
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Schwimmende InnovationDie Mansion Yacht ist die weltweit erste Jacht ganz aus Edelstahl. Ihr kantiges
Design und ihre markante Legierungsoberfl äche sorgten auf der 60. jährlichen
Fort Lauderdale International Boat Show für großes Aufsehen. Mit einer Länge von
25,6 m und einer Breite von 12,2 m bietet das Basismodell mit 840 m2 Platz für bis zu
149 Personen. Die Jacht kann auf vier hydraulischen, 5,5 m langen Beinen mit einer
Hubleistung von jeweils 500.000 kg im Wasser stehen, wodurch es den Eindruck
eines futuristischen Überwasserbungalows vermittelt. 72 Solarzellen ermöglichen
eine umweltfreundliche Energieversorgung. Der Vorteil von Edelstahl? „Die
Wartungskosten belaufen sich auf ein Viertel der eines Glasfaserbootes“, so Bruno
Edwards von Mansion Yachts.
In einer in Nature Communications veröffentlichten Studie wiesen Wissenschaftler in Australien nach, dass es möglich ist, nur aus Wasser, Eisen und Nickel Wasserstoff-Brenn-stoff herzustellen. Das ist kosten-günstiger und umweltfreundlicher als herkömmliche Wasserspaltungs-verfahren. Das Team von der Swinburne University of Technology (UNSW) und der Griffith University war in der Lage, Wasserstoff in Wasser vom Sauerstoff abzuspalten und die chemische Reaktion unter einem geringeren Energieaufwand zu beschleunigen. Dazu Professor Chuan Zha von der UNSW School of Chemistry: „Wir beschichten die Elektroden mit unserem Katalysator, um den Energieverbrauch zu reduzie-ren. Dieser Katalysator umfasst eine Schnittstelle im Nanobereich, an der sich Eisen und Nickel auf Atomebene berühren. Dies wird zur aktiven Stelle für die Wasserabspaltung. Hier wird der Wasserstoff vom Sauerstoff getrennt und als Brennstoff gewon-nen. Der Sauerstoff kann als umwelt-freundliches Abgasprodukt freige-setzt werden.“
Wasserstoff -Brennstoff zum Schutzder Umwelt
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Derzeit werden neu überarbeitete Designstandards entwickelt, mit denen Ingenieure bedenkenlos die Vorteile von Bauedelstahl nutzen können.
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Anhand von Designstandards können Ingenieure die Angemessenheit eines
Gebäudes bestätigen, noch bevor es überhaupt gebaut wird. Dadurch können
sie auch die Einhaltung der im jeweiligen Land geltenden Bauvorschriften
nachweisen. Mit dem zunehmenden Interesse an Edelstahl als Baumaterial nimmt
auch der Bedarf an umfassenden und ökonomischen Baudesignregeln zu, und in
diesem Jahr wurden mehr internationale Designstandards entwickelt als je zuvor.
Edelstahl-Designstandards sind genau auf die bereits geltenden Kohlenstoffstahl-
Designstandards abgestimmt, deren zugrundeliegende Philosophie, Designmodelle,
Organisation und Präsentation weltweit variieren.
In Europa müssen alle Bauvorhaben den
Designvorschriften in den Eurocodes
entsprechen. Die zweite Generation des
Edelstahl-Eurocodes ist derzeit in Bear-
beitung und wird eine Reihe signifikanter
Entwicklungen berücksichtigen, darunter
Regeln, die sich die Vorteile der Belastungs-
härtung und der Einführung von zwei
Festigkeitsklassen zur Vereinfachung der
Gütenauswahl zunutze machen. Darüber
hinaus wurden die Designregeln zu
Edelstahl für den Brandfall umfassend
überarbeitet.
Das Nickel Institute spielt schon lange
eine wichtige Rolle bei der Unterstützung
der Normenentwicklungsarbeit für
Edelstahl in den USA. Das American
Institute of Steel Construction (AISC) kam
zu dem Schluss, dass das Interesse an
Bauedelstahl in den USA die Erstellung
eines vollständigen, eigenständigen
Designstandards rechtfertige, weshalb
die Arbeit an AISC 370, Specification
for Structural Stainless Steel Buildings,
aufgenommen wurde. Diese Norm soll
schon 2021 veröffentlicht werden. Das
britische Steel Construction Institute
ist für die Erstellung eigener Entwürfe
verantwortlich, die auf den Beiträgen von
Forschern und Praktikern aus Europa,
China und den USA basieren.
Gleichzeitig wird auch die Spezifikation
ASCE 8-02: Design of Cold-Formed
Stainless Steel Structural Members der
American Society of Civil Engineers einer
umfassenden Überarbeitung unterzogen.
Der Umfang wurde ausgeweitet, sodass
die Spezifikation jetzt auch Duplex-
Edelstähle berücksichtigt, und die
Designregeln werden derzeit aktualisiert.
Es wird von einer Veröffentlichung der
neuen Version im Jahr 2021 ausgegangen.
Auch in China laufen Aktivitäten zur
Erstellung von Standards. 2015 wurde
unter der Bezeichnung CECS 410 der
erste chinesische Designstandard für
Bauedelstahl veröffentlicht. Derzeit
findet eine Überarbeitung statt, deren
Hauptaugenmerk der Entwicklung
umfassenderer Designregeln für Schweiß-
und Schraubverbindungen sowie
seismischer Designregeln gilt.
ENTWICKLUNG UND AKTUALISIERUNG VON DESIGNSTANDARDS FÜR BAUEDELSTAHL
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Höhere Standards in der Londoner U-BahnDie beiden kristallähnlichen Eingänge
zur umgestalteten U-Bahn-Station
Tottenham Court Road sowie zur neuen
Station Crossrail sind eindrucksvolle
Beispiele für neue Konstruktionen aus
Edelstahl.
Der größere Südeingang ist 15 m hoch
und wurde 2015 abgeschlossen. Der 9,5 m
hohe Nordeingang wurde zwei Jahre
später eröffnet. Das Statikunternehmen
Expedition arbeitete bei der Entwicklung
der Entwürfe mit Primärrahmen aus
Glas- und Edelstahl-Kompositbalken und
-säulen eng mit dem Spezialglas-
Auftragnehmer Seele zusammen. Die
Bauten umfassen 1.100 m2 laminiertes
Sicherheitsglas, das von 650 m langen,
tragenden Edelstahlkomponenten
abgestützt wird. Bei der Auswahl der
Edelstahllegierung standen Struktur-
festigkeitsanforderungen, die Schweiß-
barkeit und die Möglichkeit, Kanten mit
minimalen Radii zu erzeugen, im Vorder-
grund. Für die Träger im höheren Eingang
wurde aufgrund der hervorragenden
Festigkeit, die doppelt so hoch wie die von
Typ 316L (S31603) ist, Duplex-Edelstahl
des Typs 2205 (UNS S32205) verwendet.
Im Nordeingang kam Typ 316L zum
Einsatz, weil dessen Festigkeit für die zu
tragenden Lasten ausreicht und dieser
Typ einfacher hergestellt werden kann.
Die Abdeckbleche beider Eingänge
bestehen aus Typ 316L.
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Die vom Architekturbüro Stanton Williams entworfenen Glasbauten bringen Tageslicht in die darunter liegende U-Bahnstation. Nachts sind sie beleuchtet, was eine dramatische Wirkung entfacht und die allgemeine Sicherheit erhöht. Die beiden Eingangsbauten sind durch einen diagonalen Glasurstreifen im Asphalt getrennt, durch den ebenfalls Tageslicht in die Fahrkartenhalle darunter fällt.
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TRANSFORMATION VON GEBÄUDEFASSADEN MIT EDELSTAHL
Unter den für Gebäudefassaden oft verwendeten Materialien ist Edelstahl ein rela-tiver Neuling. Nickelhaltige Edelstähle wurden schon in den ersten Wolkenkratzern eingesetzt – man denke nur an das Chrysler Building in New York (1930), bei dem Typ 302 (UNS S30200) verwendet wurde. Ihre Leistung seitdem ist ebenso überra-gend wie unbestritten.
Das in diesem Bereich führende Architekturbüro Pelli Clarke Pelli Architects, Inc. (PCPA) integriert seit 30 Jahren Edelstahl in Gebäudefassaden.
„Gebäudefassaden aus Edelstahl haben eine hohe visuelle Wirkung und einen einmaligen Glanz – und sehen auch nach Jahrzehnten wie neu aus“, erläu-tert die Architektin Jie Zhang, die der PCPA-Niederlassung in Shanghai vorsteht.
„Für die erfolgreiche Anwendung von Edelstahl in Gebäudefassaden sind aber ein angemessenes Budget, eine strenge Detail- und Spezifikationsauswahl sowie eine hohe Fertigungs- und Bauqualität er-forderlich.“ Im Folgenden präsentieren wir eine Palette von PCPA-Projekten, bei de-nen verschiedene Edelstahlanwendungen für Gebäudefassaden eingesetzt wurden und welche die unterschied-lichen Möglichkeiten, aber auch Herausforderungen der Arbeit mit Edelstahl verdeutlichen.
One Canada Square, Londons ers-ter Wolkenkratzer mit einer Höhe von 235 m und das Kernstück des Canary Wharf-Gebäudekomplexes, ist ein ein-faches quadratisches Prisma, das zu einer Pyramidenspitze ausläuft. Dieses Hochhaus wurde 1992 fertiggestellt. Der Turm mit seiner klaren, wuchtigen Form ist das eigentliche Wahrzeichen des damals neuen Stadtbereichs, aus dem dann Londons neues Finanzzentrum
wurde. Das Designteam entschied sich für Edelstahl des Typs 316L (S31603) mit einer Oberfläche, die an geprägtes Leinen erinnert und später unter dem Namen „Cambric“ (Batist) bekannt wurde. Im One Canada Square wurde hinsichtlich des Einsatzes von geprägten Oberflächen auf einem Wolkenkratzer echte Pionierarbeit geleistet.Cambric garantiert die stabile Planheit, den Glanz und die gerichtete Reflexion der einzel-nen Paneele, wodurch das architekto-nische Design verstärkt wird. Außer bei den Vorhangfassaden wurde Edelstahl auch in der Lobby, in den Vordächern, Auskragungen und anderen öffentlichen Bereichen des Gebäudes verbaut. Nach fast 30 Jahren ist der Turm heute eines der bekanntesten Wahrzeichen Londons.
Die Petronas Towers in Kuala Lumpur entstanden im selben Zeitraum und wa-ren einst die höchsten Zwillingstürme der Welt. Dieses Gebäude ist das charakteris-tische Element des Stadtzentrums. Das Team wollte ein unverkennbares malaysi-sches Design umsetzen und ließ sich von der islamischen Kultur, vom Klima Kuala Lumpurs und von traditioneller malay-sischer Kunst inspirieren. Der Grundriss der Zwillingstürme basiert auf zwei überlappenden Quadraten, die einen achtstrahligen Stern bilden. Dieses Muster ist in der islamischen Handwerkskunst häufig zu finden. Mit zunehmender Höhe
Im One Canada Square wurde hinsichtlich des Einsatzes von geprägten Oberflächen an einer Wolkenkratzerfassade echte Pionierarbeit geleistet.
verjüngen sich die Türme stufenförmig sechs Mal. Nach jeder Abstufung sind die Wände leicht nach außen gewölbt. Dieses komplexe Verfahren zollt einem tradi-tionellen malaysischen Architekturstil Tribut. Das Fassadendesign musste sowohl Modernität als auch dauerhaften Charme ausstrahlen. Die Zwillingstürme sind von Glasvorhangfassaden ver-hüllt, wobei Edelstahlpaneele und Träger des Typs 316 (S31600) ver-wendet wurden, der das Sonnenlicht sanft reflektiert. Edelstahl in den Sonnenschattenelementen des Gebäudes steht im Zeichen der Nachhaltigkeit des Designs und dient zur Minderung der starken Sonneneinstrahlung
in der Region. Außerdem wurde Edelstahl in der Brüstungsplatte und als Tragesäulenverkleidungen an der Turmspitze eingesetzt, wodurch das Gebäude Glanz und Vitalität ausstrahlt.
Das 1999 fertiggestellte Cheung Kong Center ist das Ergebnis eines produkti-ven Zusammenspiels zwischen Architek-turmasse (Form, Ausprägung und Größe) und Detailgestaltung. Das Gebäude hebt sich mit seiner einfachen Form – im Kern ist es ein hohes, wohlproportioniertes, quadratisches Prisma – auffällig von seinen Nachbarn ab. Die Vorhangfassade aus Spiegelglas wird durch ein das Ge-bäude umhüllendes Edelstahlgitter modu-liert. Durch ein dichtes Muster integrierter
Das Design der Petronas Towers in Kuala Lumpur zollt dem traditionellen malaysischen Architekturstil Tribut.
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Von links nach rechts:
Das Cheung Kong Centre – Die Vorhangfassade aus Spiegelglas wird durch ein das Gebäude umhüllendes Edelstahlgitter moduliert.
Der neue Hauptsitz der Baowu Steel Group – verkleidet mit Paneelen des Typs 316L sowie Hochleistungsglas und Sonnenschutzelementen.
Der Baodi Plaza Tower – An den Fassaden wurde viel polierter, geprägter Edelstahl verbaut, der sowohl Glanz ausstrahlt als auch über eine hohe Widerstandsfähigkeit verfügt.
Beleuchtungselemente in der Fassade verbreitet das Edelstahlgitter nachts einen sanften Glanz. Bei festlichen Anlässen können Farbe und Design der Beleuch-tung geändert werden. Es kamen drei verschiedene Oberflächenausführungen von Edelstahl des Typs 316L zum Einsatz: Cambric (Bastik), ein feiner Edelstahl Nr. 4 und glaskugelgestrahlter Edelstahl.
Der neue Hauptsitz der Baowu Steel Group auf dem Gelände der Expo 2010 in Shanghai ist eines der höchsten Gebäude in diesem Teil der Stadt. Es spielte eine Schlüsselrolle bei der Neugestaltung dieses Viertels und sollte den unter-nehmerischen Geist der Baowu Steel Group verkörpern. Jedes Gebäude ist mit zwei Arten von Vorhangfassaden verkleidet. Die zur Straße zeigenden Kanten aller Gebäude sind mit Leinen-
„Hartschalen“-Paneelen aus Edelstahl des Typs 316L sowie Hochleistungsglas und Sonnenschutzschirmen verkleidet. Die Besonderheiten, die Ausstattung und die abgerundeten Ecken der Gebäude sind mit einer offeneren „Weichschale“ aus Hochleistungsglas versehen. Das Edelstahl-Rohmaterial für die Paneele wurde von Baosteel in China produziert. Für Baosteel war dies die erste archi-tektonische Anwendung dieses Produkts überhaupt.
Der Baodi Plaza-Turm, der Hauptsitz von Baosteel in Guangzhou, unterstreicht Einfachheit und Eleganz. Wie beim Hauptsitz in Shanghai wurden auch bei diesem Projekt Edelstahlfassaden des Typs 316L angebracht, welche die Rolle von Baosteel als eines der welt-weit größten Stahlproduzenten zum Ausdruck bringen. Die verschiedenen
Fassadendesigns erzeugen eine be-
sondere Ausdrucksvielfalt. An den
Fassaden wurde viel polierter, ge-
prägter Edelstahl verbaut, der sowohl
Glanz ausstrahlt als auch über eine
hohe Widerstandsfähigkeit verfügt. Das
vertikale und horizontale Gitter, zwei
Detailbehandlungsmethoden und die
flachen und prägnanten Fassaden stellten
bei der Paneelherstellung und beim Bau
beträchtliche Herausforderungen dar.
Das Designteam entwickelte in enger
Zusammenarbeit mit dem Kunden, den
Lieferanten und dem Auftragnehmer
Lösungen für anspruchsvolle Details,
z. B. für die nuancierte Körnungsrichtung,
den extremen Kannelürenradius an den
Falzlinien und die auf Rücktraversen
basierenden Befestigungsmethoden.
Laut PCPA sollten hervorragende
Designresultate nicht durch einen cha-
rakteristischen Stil eingeschränkt werden,
sondern aus der engen Zusammenarbeit
mit dem Kunden und einer eingehenden
Berücksichtigung der ökologischen,
wirtschaftlichen und sozialen Aspekte
eines Projekts hervorgehen. Dazu Jie
Zhang: „Bei der praktischen Anwendung
von Edelstahl in der Konzeption von
Gebäudefassaden ergänzen sich alle
Schritte gegenseitig, vom Konzeptentwurf
bis zur Materialimplementierung, um
den Erfolg des Projekts sicherzustellen.
Zeitlose Architektur entsteht aus einem
tiefen Verständnis der Vergangenheit in
Verbindung mit ambitionierten Zielen für
die Zukunft.“ Und nickelhaltige Edelstähle
gewährleisten die lange Lebensdauer des
Gebäudes.
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WIND TREE WIEDERGEBURT EINER SKULPTUR
Die Skulptur Wind Tree von Michio Ihara wurde 1977 im neuseeländischen Auckland installiert und 2011 vom Hafen Auckland an einen neuen Standort im Wynyard Quarter verlegt. Seine Träger schwangen wieder sanft mit dem Wind, während das Wasserbecken darunter das durch die Skulptur einfallende Licht reflektierte.
2014 wurden bei einer Inspektion an mehreren der Stahlträgerschweißver-bindungen des Typs 316 (S31600) korrosionsbedingte Risse festgestellt.
Bei einer weiteren Untersuchung der korrodierten Bruchstellen wurden Ermü- dungsrillen, Korrosionsschäden und Schweißrückstand-Anlauffarben entdeckt, alles Faktoren, die mit einer durch Korrosion verursachten Ermüdung in Verbindung stehen. Der Standort der Wind-Tree-Skulptur direkt am Meer gilt als eine stark maritime Umgebung. Hier konnten korrosive Chloridionen beson-ders stark wirken und die durch Korro-sion begünstigte Materialermüdung noch verstärken.
Die Schweißstellenrissbildung und -korrosion waren schwerwiegend. An mehreren der Trägerverbindungen wurden temporäre Schweißreparaturen durchgeführt. Der Stadtrat von Auckland fasste den Beschluss, Wind Tree kom-plett zu restaurieren, um die öffentliche Sicherheit zu gewährleisten.
Es wurden verschiedene Verbindungs-
designs geprüft. Der schließlich gewählte
Entwurf wurde vom Bildhauer Ihara
geprüft, um sicherzustellen, dass die
künstlerischen Merkmale der Skulptur
unverändert blieben. Die Wolfram-
Inertgas-Schweißverbindungen des
neuen Designs wurden gemäß Schweiß-
kategorie FA in AS/NZS 1554:6:2012
hergestellt. Die Schweißstellen wurden
chemisch gereinigt, um Anlauffarben zu
entfernen, und dann mechanisch mit
Korngröße 600 auf die gewünschte
Oberflächenbeschaffenheit poliert.
Der am stärksten beschädigte Träger
wurde 2018 mit der neuen Konstruktion
aus Typ 316L (S31603) ersetzt. Nach
sechs Monaten wurde der ersetzte Träger
untersucht und es wurden keine Anzei-
chen von Rissbildung oder Korrosion
festgestellt. Die anderen 39 Träger wurden
2019 ersetzt. Ihara hat die Reparaturen
als „Wiedergeburt der Skulptur“
bezeichnet.
1977 war es nicht üblich, Edelstahl des Typs 316L mit seinem geringen Kohlenstoffgehalt zu verbauen. Aufgrund von Fortschritten bei der Stahlherstellung ist Edelstahl der Güte L jetzt viel besser verfügbar. Typ 316L wird eine korrosionsfreie und stabile Zukunft des Kunstwerks gewährleisten.
NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020 | 11
Nur 9 % der Nickelproduktion werden für Legierungsstähle und Gussanwendungen eingesetzt. Diese Materialien sind jedoch von großer Bedeutung, weil sie Spezial- und oft kritischen Anwendungen spezifische Eigenschaften bieten.
Ein solcher Werkstoff ist Ni-Resist-Gusseisen
mit einem Nickelanteil von bis zu 36 %. Ihre
überlegenen Korrosionsbeständigkeits-
und Widerstandsfähigkeitsmerkmale im
Vergleich zum Grauguss machen diese
Gusseisen zu wichtigen Materialien für
verschiedene Arten von Pumpen, und
dank ihrer hohen Oxidationsbeständigkeit
und Temperaturfestigkeit sind sie ein
ideales Material für Kolbenringeinsätze.
Nickel ist für die Erzeugung einer stabilen
austenitischen Mikrostruktur wie der von
austenitischem Edelstahl verantwortlich.
Die austenitische Struktur bietet bessere
Hitze- und Korrosionsbeständigkeitseigen-
schaften als unlegierte und niedriglegierte
Grau- und duktile Gusseisen. Die
Vergießbarkeit von Ni-Resists ist mit der
von Grau- und duktilen Gusseisen
vergleichbar. Sie können auch problemlos
maschinell bearbeitet und geschweißt
werden. Diese Vorteile sind in Tabelle 1
ausführlicher beschrieben. Die Werkstoff-
familie ist in Lamellengraphit- und duktile
Kugelgraphit-Legierungen unterteilt.
Beide Arten sind hinsichtlich ihrer
Zusammensetzung ähnlich, außer dass
NI-RESIST HERVORRAGENDE KORROSIONSBESTÄNDIGKEITFÜR SPEZIALANWENDUNGEN
12 | NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020
Tabelle 1: Vorteilhafte Eigenschaften von Ni-Resist-Legierungen
Korrosions-beständigkeit
In Salzlösungen, Meerwasser, milden Säuren, Basen und Ölfeldflüssigkeiten (ob süß oder sauer) bieten Ni-Resist-Legierungen eine Korrosionsbeständigkeit, die normalen und niedriglegierten Güssen überlegen ist.
Verschleiß-festigkeit
Zylinderbuchsen, Kolben, Schleißringe und -hülsen, Lager, Stopfbuchsen und andere Teile, bei denen Metall gegen Metall reibt, werden in Ni-Resist-Legierungen gegossen. Sie weisen eine hervorragende Abriebfestigkeit auf.
Erosions- widerstand
Flüssigkeiten mit mitgeführten Feststoffen wie Schlämme wirken auf die meisten Metalle stark erodierend. Ni-Resist-Legierungen bieten eine Kombination von Korrosions- und Erosionsbeständigkeit, die Graugüssen, duktilen Eisengüssen und Stahl überlegen ist.
Widerstands-fähigkeit
Ni-Resist-Legierungen sind Graugüssen bei Weitem überlegen, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.
Hitze- beständigkeit
Kugelgraphit-Legierungen werden aufgrund ihrer Lamellengraphit-Legierungen überlegenen Eigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen bis zu 1050 °C eingesetzt. Lamellengraphit-Legierungen werden selten bei Temperaturen über 315 °C verwendet. Alle Ni-Resist-Legierungen weisen relativ niedrige Oxidationsraten in der Luft auf. Die resultierenden Oxide haften stark, was die Oxidation im Zeitverlauf weiter reduziert.
Tabelle 3: Wichtige Ni-Resist-Legierungen
Ni-Resist 1 Gute Korrosionsbeständigkeit bei guter Beständigkeit bei gemäßigten Temperaturen sowie gute Verschleißfestigkeit. Wird häufig in Pumpen, Ventilen und vor allem Kolbenringeinsätzen und anderen Produkten verwendet, bei denen die Verschleißfestigkeit wichtig ist.
Ni-Resist 2 Durch den höheren Nickelgehalt ist diese Legierung in alkalischen Umgebungen korrosionsbeständiger. Für den Umgang mit Seife, Kunstseide und Kunststoffen.
Ni-Resist 5 Niedrigster Wärmedehnungskoeffizient unter den Ni-Resist-Legierungen. Bietet Formstabilität für Maschinenwerkzeugteile, Gussformen, Instrumente und Dehnungsfugen.
D-2B Gute Korrosions- sowie Korrosions-Erosions-Beständigkeit und Reibungsverschleißfestigkeit; Verwendung bei Temperaturen bis 760 °C. Anwendungsbeispiele: Pumpen, Kompressoren, Turboladergehäuse und Abgassammelrohre.
D-2M Behält die mechanischen Eigenschaften bei niedrigen Umgebungstemperaturen bis zu -170 °C bei, weil Mangan hinzugefügt wird. Hauptanwendungen: Kühl- und Tieftemperaturausrüstungen.
D-5S Niedriger Wärmedehnungskoeffizient bei guter Temperaturwechselbeständigkeit sowie hervorragende Beständigkeit gegenüber Wachstum und Oxidationsfestigkeit bis zu 1050 °C. In Gasturbinen, Turboladergehäusen und Abgassammelrohren eingesetzt.
Auslass-Ellenbogenstück für dreistufi ge Eindämpfer für die Kali-Industrie aus ASTM A436, Güte 2b (2900 kg)
NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020 | 13
Tabelle 2: Sollzusammensetzung einiger wichtiger Ni-Resist-Legierungen
Typ UNS Ni Cr Si Cu MnC
max.
Zugfestig-keit
MPa (ksi)
Druckfestig-keit
MPa (ksi)Dehnbar-
keit %Lamellengraphit-Ni-Resist-Legierungen (ASTM A436)
1 F41000 15,5 2 2 6,5 1 3,0 170-210(24-30)
700-840(100-120) 2
2 F41002 20 2 2 0,5max. 1 3,0 170-210
(24-30)700-840
(100-120) 2
5 F41006 35 0,1max. 2 0,5
max. 1 3,0 120-180(17-26)
560-700(80-100) 2
Typ UNS Ni Cr SiCu
max. MnC
max.
Zugfestig-keit
MPa (ksi)
Biege-festigkeitMPa (ksi)
Dehnbar-keit%
Kugelgraphit-Ni-Resist-Legierungen (ASTM A439)
D-2B F43001 20 3 2 0,5 1 3,0 370-480(53-69)
210-250(30-36) 7-20
D-2M - 21 0,1 2 0,5 4 2,6 440-480(63-69)
210-240(30-34) 13-18
D-5S - 36 2 5,2 0,5 1,0max. 3,0 370-500
(53-71)200-290(29-41) 10-20
Abbildung 2 Typische Mikrostruktur von Kugelgraphit-Ni-Resist-Legie-rungen
Abbildung 1 Typische Mikrostruktur von Lamellengraphit-Ni-Resist-Legie-rungen
HIG
HLA
ND
FO
UN
DRY
LTD
.
bei Kugelgraphit-Legierungen etwas
Magnesium hinzugefügt wird, das den
Graphit in die Kugelform umwandelt und
eine höhere Festigkeit, Leitfähigkeit und
verbesserte Temperatureigenschaften
bietet. Lamellengüten werden aber
aufgrund ihrer niedrigeren Kosten,
weniger ausgeprägten Gießereiprobleme
und besseren maschinellen Bearbeitung
weiterhin angewendet. Die typischen
Mikrostrukturen sind den
Abbildungen 1 und 2 zu entnehmen.
Die Zusammensetzung einiger der wich-tigsten Güten ist in Tabelle 2 aufgeführt, die spezifi schen vorteilhaften Eigen-schaften sind in Tabelle 3 angegeben.
Wie der Name schon sagt, bieten Ni-Resist-Legierungen auch bei den anspruchsvollsten Anwendungen eine hervorragende Leistung.
14 | NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 202014 | NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020
F: Wird durch den niedrigen Kohlenstoffgehalt in austenitischen Edelstählen
der Güte „L“, z. B. 304L oder 316L, die Schweißbarkeit verbessert?
Nein. Der niedrige Kohlenstoffgehalt
in Stählen der Güte „L“ (<0,03 %) dient
dazu, die Bildung von schädlichen
Chromcarbiden beim Schweißen zu
verhindern. Diese Carbide können
beträchtliche Mengen an Chrom
binden und dadurch Chrom an den
Kornrändern entfernen, wodurch die
Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt
werden kann, was wiederum zu
interkristalliner Korrosion führen kann
(siehe Abbildung 1). Ein niedriger
Kohlenstoffgehalt ist für alle Edelstähle,
die wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit
gewählt werden, typisch. Daher
kommt es beim Schweißen nur selten
zu interkristalliner Korrosion. Ob der
Kohlenstoffgehalt über oder unter 0,03 %
liegt, hat keine Auswirkungen auf die
Schweißbarkeit.
Die Schweißbarkeit von Kohlenstoffstahl
wird hingegen vom Kohlenstoffgehalt
beeinfl usst. Kohlenstoffstahl verändert
bei hohen Temperaturen seine Mikro-
struktur. Bei Temperaturen über ca. 727 °C
ist die Gleichgewichts-Mikrostruktur
austenitisch, unter dieser Temperatur ist
sie ferritisch. Wird Austenit aber schnell
abgekühlt, entsteht eine weniger duktile
Mikrostruktur, der sog. Martensit. Ein
Kohlenstoffgehalt >0,30 % in Kohlenstoff-
stählen ist besonders problematisch,
weil eine Vorerwärmung erforderlich ist,
um die Abkühlrate zu senken und die
Martensitbildung abzumindern. Dieses
Problem beim Kohlenstoffstahl-
Schweißen führt zu der Annahme, dass
sich die Güte „L“ mit ihrem niedrigen
Kohlenstoffgehalt auch auf die
Schweißbarkeit von nickelhaltigem
austenitischem Edelstahl auswirkt. Der
Nickel in austenitischen Edelstählen
stabilisiert die Mikrostruktur aber bei
allen Temperaturen, weshalb sich die
Mikrostruktur im Schweißbereich beim
Schweißen nicht verändert.
Besuchen Sie: inquiries.nickelinstitute.org
Geir Moe, P. Eng., ist Technical Inquiry Service Coordinator am Nickel Institute. Zusammen mit anderen Werkstoffexperten in aller Welt unterstützt er Endanwender und Spezifi kateure nickelhaltiger Materialien, die um technischen Support ersuchen. Das Team ist jederzeit bereit, Fragesteller zu einer breiten Palette von technischen Anwendungen – etwa zu Edelstahl, Nickellegierungen und Nickelplattierungen – kostenlos zu beraten, damit sie Nickel bedenkenlos und zuversichtlich einsetzen können.
(AVE
STA
SH
EFFI
ELD
CO
RRO
SIO
N H
AN
DBO
OK,
8. A
UFL
AG
E)
Abbildung 1: Bei „L“-Güten, die 0,03 % Kohlenstoff enthalten, vergeht bis zur Bildung von schädlichen Mengen von Chromcarbiden deutlich mehr Zeit.
900
800
700
600
0.2 0.5 1.0 5 10 50 100 500 10000
Temperatur °C
Zeit, Minuten
C = 0.08
C = 0.06
C = 0.05 C = 0.03
C = 0.02
10 h1 h
AAChromcarbiden beim Schweißen zu
AChromcarbiden beim Schweißen zu
verhindern. Diese Carbide können Averhindern. Diese Carbide können
beträchtliche Mengen an Chrom Abeträchtliche Mengen an Chrom
binden und dadurch Chrom an den Abinden und dadurch Chrom an den
FF: Wird durch den niedrigen Kohlenstoffgehalt in austenitischen Edelstählen FF: Wird durch den niedrigen Kohlenstoffgehalt in austenitischen Edelstählen
der Güte „L“, z. B. 304L oder 316L, die Schweißbarkeit verbessert?Fder Güte „L“, z. B. 304L oder 316L, die Schweißbarkeit verbessert?
Nein. Der niedrige Kohlenstoffgehalt FNein. Der niedrige Kohlenstoffgehalt
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NICKEL ON
LI
NE
NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020 | 15
Alloy selection for service in nitric
acid (10075) (Legierungsauswahl für die
Verwendung in Salpetersäure) behandelt
die korrosive Wirkung von Salpetersäure
in allen Konzentrationen. Darin werden
der am häufi gsten verwendete Prozess
zur Herstellung von Salpetersäure, die
Korrosionsbeständigkeit verschiedener
nickelhaltiger und anderer Metalle in
Salpetersäure sowie andere industrielle
Anwendungen besprochen. Ca. 75 % der
hergestellten Salpetersäure werden zur
Produktion von Nitratdünger verwendet.
Diese vollständig überarbeitete Veröf-
fentlichung des Nickel Institute bietet
praktische Anleitungen für Material-
techniker.
Zum kostenlosen Download unter
www.nickelinstitute.org verfügbar
NEUE PUBLIKATIONEN
Aktualisierte technische PublikationenDas Nickel Institute hat 30 wichtige
historische technische Publikationen
aktualisiert, die ursprünglich von INCO
und dem American Iron and Steel
Institute (AISI) erstellt wurden. PopuläreTitel wie The Corrosion Resistance of
Nickel-Containing Alloys in Sulphuric
Acid and Related Compounds (Die
Korrosionsbeständigkeit nickelhaltiger
Legierungen in Schwefelsäure und
verwandten Verbindungen) von INCO und
Design Guidelines for the Selection and
Use of Stainless Steels (Designrichtlinien
für die Auswahl und Verwendung von
Edelstählen) vom AISI enthalten viele für
Ingenieure und Endanwender relevante
Informationen. Die digitale Qualität der
Anleitungen wurde verbessert und alle
Publikationen können jetzt durchsucht
werden.
Zum kostenlosen Download unter
www.nickelinstitute.org verfügbar
AKTUALISIERTEPUBLIKATIONEN
CORROSION RESISTANCE OF
NICKEL AND NICKEL-CONTAINING ALLOYS
IN HYDROCHLORIC ACID, HYDROGEN
CHLORIDE AND CHLORINE (CEB-3)
A PRACTICAL GUIDE TO THE USE OF NICKEL-CONTAINING ALLOYS
NO 279
Distributed byNICKEL
INSTITUTEProduced byINCO
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STAINLESS STEEL MEMBRANE ROOF
A DESIGNERS’ HANDBOOK SERIESNO 9034
Produced byAMERICAN IRONAND STEEL INSTITUTE
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AND USE OF STAINLESS STEELS
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INSTITUTE
UNS DETAILS Chemische Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) der Legierungen und Edelstahltypen in dieser Ausgabe von Nickel Magazine.
UNS C Cr Fe Mn Mo N Ni P S Si
S30100S. 4
0,15max.
16,0-18,0 Rest 2,00
max. - 0,10max.
6,0-8,0
0,045max.
0,030max.
1,00max.
S30200S. 8
0,15max.
17,0-19,0 Rest 2,00
max. - 0,10max.
8,0-10,0
0,045max.
0,030max.
1,00max.
S30403S. 14
0,03max.
18,0-20,0 Rest 2,00
max. - - 8,0-12,0
0,045max.
0,030max.
1,00max.
S31600S. 9, 11
0,08max.
16,0-18,0 Rest 2,00
max.2,00-3,00 - 10,0-
14,00,045max.
0,030max.
1,00max.
S31603S. 2, 7, 8, 10, 11, 14, 16
0,03 max.
16,0-18,0 Rest 2,00
max.2,00-3,00 - 10,0-
14,00,045 max.
0,030max.
1,00max.
S32205S. 7, 16
0,030 max.
22,0-23,0 Rest 2,00
max.3,00-3,50
0,14-0,20
4,50-6,50
0,030 max.
0,020 max.
1,00max.
16 | NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020
The Vessel minimiert die Aufstellungs-fl äche, weil die Skulptur am unteren Ende enger zuläuft. Mit zunehmender Höhe nimmt auch die Breite zu.
THE VESSEL INHUDSON YARDS
FOTO
VO
N M
ICH
AEL
MO
RAN
FÜ
R RE
LATE
D C
OM
PAN
IES.
Hudson Yards in New York City ist das fl ächenmäßig größte Immobilienentwicklungs-
projekt in den USA. Die erste Phase begann 2019 mit einer spektakulären interak-
tiven Skulptur, The Vessel, als Fokuspunkt. Diese außergewöhnliche, 46 m hohe,
neue Sehenswürdigkeit wurde von Thomas Heatherwick und Heatherwick Studio
entworfen. Im Inneren kann man nach oben steigen, um einen faszinierenden Blick
auf die Stadt zu genießen. Der äußere rote Bronze-Effekt ist auf eine hochspeziali-
sierte PVD-Beschichtung von mehr als 45 Tonnen spiegelpoliertem, nickelhaltigem
Edelstahl des Typs 316L (S31603) zurückzuführen.
Während das Innere der Skulptur wie
eine endlose, aus den Bildern von
M.C. Escher bekannte Treppe wirkt,
bieten die 154 komplex verbunde-
nen Treppenläufe mit 80 Podesten
Besuchern die Möglichkeit, in der
Skulptur ganz nach oben zu steigen.
Die Treppe sollte ihre Schönheit
über die Jahre hinweg bewahren
und unter Erfüllung aller statischen
Anforderungen möglichst leicht
wirken. Die hohlen Geländersäulen
erlauben den diskreten Einfall von
Abendlicht und bestehen aus ca.
80 Tonnen nickelhaltigen Edelstahls
des Typs 2205 (S32205) mit gestrahlter
Oberfläche. Behinderte gelangen über
einen kurvenförmigen Aufzug aus
Edelstahl und Glas ganz nach oben.