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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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, Chefredakteurincommunications@nickelinstitute.org

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

FRAGEN AN EXPERTENFAQ VON DER TECHNISCHENBERATUNGSLEITUNG DES NICKEL INSTITUTE

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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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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

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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.