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Fachbericht “Generalüberholung der höchsten Eisenbahnbrücke Deutschlands”

Fachbericht “Generalüberholung der höchsten Eisenbahnbrücke Deutschlands”

10. August 2017

Generalüberholung der höchsten Eisenbahnbrücke Deutschlands

 

934.456 Nieten – und ein Glücksgriff

 

934.456 Nieten halten die 4978 Tonnen Stahl der Müngstener Brücke im Bergischen Land in Form und auf Spannung. Nach fast 120 Jahren Dienstzeit wird die höchste und wohl schönste Eisenbahn-Stahlgitterbrücke Deutschlands derzeit grundlegend generalüberholt. Eine besondere Herausforderung dabei: die hundertprozentig kraftschlüssige Verbindung von Knotenblechen und Brückenlagern. Gewährleistet wird sie durch den Einsatz eines speziellen Metallpolymers.

 

Täglich legen mehr als 40.000 Züge über 2,75 Millionen Fahrtkilometer auf dem etwa 33.400 Kilometer langen Streckennetz der Deutschen Bahn zurück. Dabei passieren sie über 24.000 Eisenbahnbrücken. Rund 3000 davon stehen allein in Nordrhein-Westfalen und liegen damit im Zuständigkeitsbereich des Regionalbereichs West der DB Netz AG.

 

Die DB Netz AG mit ihrer Zentrale in Frankfurt am Main und ihren sieben Regionalbereichen ist zuständig für die Überwachung der Bahn-Infrastruktur und schafft die Grundlagen für einen sicheren Bahnverkehr in Deutschland. Dazu gehört das Bereitstellen zuverlässiger Technik zur Sicherheit der Menschen und zum Schutz der Güter.

 

„Wir stellen zwar den kleinsten Regionalbereich, aber auch den mit der höchsten und sicher einer der schönsten historischen Eisenbahnbrücken Deutschlands, der Müngstener Brücke“, erklärt Hans Günter Gewehr stolz. Der Ingenieur am Produktionsdurchführungsstandort Düsseldorf der DB Netz AG ist Projektleiter eines der wohl herausforderndsten Projekte der Generalüberholung der DB Netz AG: der Instandsetzung der 1897 in Dienst gestellten Müngstener Brücke im Bergischen Land.


 4978 Tonnen Stahl auf 465 Meter Länge

 

Sie ist eine filigrane Augenweide und gleichzeitig ein unglaublicher Koloss. Zusammengehalten von 934.456 Nieten überspannen ihre 4978 Tonnen Stahl auf einer Länge von knapp 465 Metern und bis in eine Höhe von 107 Metern das Tal der Wupper.

 

Die ursprünglich Kaiser-Wilhelm-Brücke getaufte und nach dem Ersten Weltkrieg umbenannte Müngstener Brücke verkürzte mit ihrer Eröffnung am 15. Juli 1897 den Schienenweg zwischen den Städten Solingen und Remscheid von zuvor 44 auf nur noch 8 Kilometer. Ein wahrer Segen für die beiden bis dato vom tiefen Wuppertal getrennten, florierenden Wirtschaftsstandorte.

 

Die Brücke, ein wahres Meisterwerk der Ingenieurskunst, wurde auf massiven Widerlagern und Fundamenten gegründet. Die hierauf aufsetzende Stahlkonstruktion besteht aus sechs Gerüstpfeilern und einem mittleren Bogen. Auf diesen Pfeilern und dem Bogen sind die Gerüstbrücken einschließlich der aufgesetzten Fahrbahnbrücke aufgelagert.

 

Die Gerüstbrücken zwischen den Pfeilern sind mit Öffnungen von 30 bis 45 Metern ausgebildet worden, während die Öffnung im Bereich des Bogens eine mittlere Stützweite von 170 Metern hat. Bis heute steht man fast andächtig vor diesem imposanten und gleichzeitig doch so eleganten, vor über einem Jahrhundert erdachten und erschaffenen Konstrukt.

 

Generalüberholung nach 116 Jahren

 

Doch auch an historischen Architektur-Großtaten nagt der Zahn der Zeit. Und 120 Jahre täglicher Gebrauch sowie Wettereinfluss hinterlassen ihre Spuren. Es ist Aufgabe der DB Netz AG, Grad und Risikofaktor solcher Einflüsse frühzeitig zu erkennen und sicher zu bewerten. Und damit mögliche Gefahren für die täglich über 1000 Menschen abzuwenden, die den Weg über die Müngstener Brücke zur Arbeit nehmen, Frachtgut transportieren, ihre Familien besuchen fahren oder sich einfach an der atemberaubenden Aussicht erfreuen wollen.

 

„2010 erfolgte eine intensive Bestandssicherheitsbetrachtung des Bauwerks“, erinnert sich Hans Günter Gewehr. „Dabei werden sämtliche statischen Ansätze komplett durchgerechnet. Von oben nach unten, von links nach rechts. Da wird absolut jeder Aspekt berücksichtigt. Einhergehend erfolgten zusätzliche Probebelastungen, um die Nachrechnungen zu verifizieren.“

 

So blieb denn auch nicht unbemerkt, dass etliche der sogenannten Knotenbleche am Bauwerk, teils aus Korrosionsgründen, teils wegen der Dauerbelastung nicht mehr ausreichend zukunftssicher waren.

 

Knotenbleche dienen im Stahlbau zur Verbindung einzelner Stahlbauträger und fungieren damit als Gelenkpunkte eines Tragwerks. Hergestellt wurden sie für die Müngstener Brücke jeweils aus einem Stück Stahlblech, das mit Bohrungen zur Aufnahme von Nieten versehen war. Die wichtigste Funktion eines Knotenblechs besteht darin, das punktgenaue Zusammentreffen der Schwerelinien im Tragwerk aufzufangen.

 

„Außerdem wurde deutlich, dass auch ein Austausch der 126 ­auf Knotenblechen aufliegenden ­Lager der Fahrbahnbrücke erforderlich war“, beschreibt Projektleiter Hans Günter Gewehr den Instandsetzungsbedarf. Und mehr noch: Auch die 28 ursprünglichen Rollenlager der Müngstener Brücke hatte das Zeitliche gesegnet und mussten durch neue ersetzt werden. Die Rollenlager befinden sich zwischen den Gerüstbrücken und den Widerlagern beziehungsweise Gerüstpfeilern und Gerüstbrücke. Auch sie sind auf Knotenblechen aufgelagert.

 

Aufgenommen wurden die Arbeiten zur Instandsetzung dann mit dem ersten Bauabschnitt im Jahr 2013. Er umfasste unter anderem den Austausch beziehungsweise die Instandsetzung der Knotenbleche, das Einbringen der 126 neuen Fahrbahnbrückenlager und die Montage einer neuen, modernen Fahrbahnkonstruktion.

 

Unbedingt zu erfüllende Voraussetzung für die Betriebssicherheit der Müngstener Brücke war es, die Lager hundertprozentig formschlüssig zwischen den neuen Konstruktionen und dem Bestand der Gerüstbrücke zu befestigen.  Und dabei einen ebenso hundertprozentig kraftschlüssigen Spaltausgleich zu gewährleisten.

 

Unbedingte Voraussetzung: kraftschlüssige Verbindung

 

„Klar, dass man an so neuralgischen Punkten wie den Knotenblechen eine hundertprozentig kraftschlüssige Verbindung benötigt, um die eingeleiteten Kräfte sicher zu verarbeiten. Hier also zwischen Knotenblech und aufgesetztem Lager“, beschreibt der DB Netz-Projektleiter die große Herausforderung. Doch das sollte zunächst unmöglich erscheinen.

 

Hans Günter Gewehr erklärt, warum: „Da uns bewusst war, dass wir an den Knotenblechen würden unterfüttern müssen, hatten wir dafür auch Futterbleche und Keilplatten ausgeschrieben. Schnell wurde aber deutlich, dass wir die gar nicht vorfertigen lassen konnten. Denn wir hatten zwar hervorragende Bestandsunterlagen vom Bauwerk, aber die halfen uns nicht.“

 

Und zwar deshalb nicht, weil sich das Bauwerk im Laufe der Zeit statisch deutlich verändert hatte. Durch die nicht mehr voll funktionsfähigen Lager wurden ungeplante Kräfte eingeleitet, die sich ihren eigenen Weg gesucht und auf die Konstruktion eingewirkt hatten. „Im Ergebnis zeigte sich jeder Ansatz für die Knotenbleche anders – mal dicker, mal dünner, mal hier, mal dort anzupassen“, beschreibt der Projektleiter die prekäre Situation.

 

Auch eine Neuvermessung der gesamten Konstruktion zur Vorfertigung von Lager-Keilplatten oder -Futterblechen war keine Option, wie er weiter ausführt: „Dadurch dass der Brückenbogen links und rechts so eingespannt ist, wirken sich schon geringste Temperaturschwankungen auf die Gesamtkonstruktion aus. Da geht der Bogen schon allein durch unterschiedliche Sonneneinstrahlung gern mal um gut vier Zentimeter nach oben oder unten. Messungen, die morgens gemacht wurden, waren also mitunter schon mittags  nichts mehr wert.“

 

Es war also ganz klar: Es war für jedes Futterblech, für jede Lagerunterfütterung eine unabhängige, eigene Ist-Aufnahme zu machen. Mit Keilplatten oder Futterblechen eine unmöglich zu lösende Aufgabe. „Das war der Moment, in der wir uns externe Expertise einholen mussten“, erinnert sich Hans Günter Gewehr.

 

Ein Metallpolymer bringt die Lösung

 

Zu Hilfe kamen ihm die bereits andernorts bei der DB Netz AG und beim beauftragten Stahlbauer gemachten guten Erfahrungen mit dem Werkstoff MM1018, einem Metallpolymer speziell für den Spaltausgleich im Stahl- und Brückenbau.

 

Entwickelt und vertrieben vom deutschen Metallpolymer-Spezialisten Diamant Metallplastic GmbH ist MM1018 der derzeit einzige Werkstoff seiner Art mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung des DIBt.

 

Das Zweikomponenten-Reaktionsharzsystem mit hochfesten Metallfüllstoffen eröffnet die Möglichkeit, Toleranzen zwischen Stahlelementen an Ort und Stelle auszugleichen. Dabei wird eine hoch druckfeste, hundertprozentig kraftschlüssige und kriechfeste Verbindung zwischen den Stahlkomponenten geschaffen. Ein weiterer Vorteil: Dank der ausgesprochen schnellen Aushärtung wird enorm viel Zeit gespart. Und es kommen weitere Eigenschaften hinzu, um weitere Sicherheitsanforderungen abzudecken:

 

  • beständig gegen Benzine, Öle, Kühlmittel, Schmierstoffe
  • witterungsbeständig
  • korrosionsbeständig
  • elektrisch nicht leitend
  • keine mechanische Anpassung nötig
  • ohne besondere Vorbereitungsarbeiten und Hilfsmittel anwendbar
  • Applikation direkt vor Ort

 

Für die DB Netz AG und die Projektverantwortlichen stellte MM1018 die ideale Lösung dar, um die notwendige Präzision an den Verbindungen zwischen Knotenblechen und Lagern der Müngstener Brücke zu erzielen. „Ein Glücksgriff“, wie es Hans Günter Gewehr auf den Punkt bringt.

 

Flexible Applikationsvarianten

 

Für die Arbeiten an der Müngstener Brücke ebenfalls von größtem Vorteil: Der Werkstoff kann pastös sowie flüssig gespachtelt oder injiziert werden. Beide Varianten bieten den vollständigen Spaltverschluss ohne jede mechanische Vorarbeit an den Stahlkomponenten, unterscheiden sich allerdings grundlegend in der Anwendung. Das eröffnet die Möglichkeit, flexibel auf bauseitige Bedingungen einzugehen.

 

„Im Fall der Müngstener Brücke wurde für den Anschluss der Knotenbleche an das Tragwerk die flüssige Variante von MM1018 gewählt. Ebenso wie für die Spaltabdichtung beim Einbau der 28 Rollenlager. Durch die honigartige Konsistenz der Flüssigvariante konnte das Material über Injektionsöffnungen problemlos in die Zwischenräume gepresst werden und diese lückenlos und zu 100 Prozent kraftschlüssig verschließen. Die dabei aus dem Spalt verdrängte Luft konnte über Entlüftungsöffnungen entweichen“, beschreibt Josef Kaiser, Projektverantwortlicher auf Seiten von Diamant Metallplastic das Verfahren.

 

Die hundertprozentig kraftschlüssige Verbindung der stählernen Grundplatte der 126 Fahrbahnbrücken-Lager mit dem Knotenblech übernahm wiederum die pastöse Variante des Metallpolymers MM1018.

 

„Beide Materialvarianten, pastös wie flüssig, sind bei entsprechender Umgebungstemperatur innerhalb von 24 Stunden ausgehärtet“, ergänzt Josef Kaiser.

 

Austausch der 28 Rollenlager in nur 21 Tagen

 

Zeit war und ist ein zentrales Thema im Verlauf der vermutlich bis Ende 2018 abgeschlossenen Ertüchtigung der Müngstener Brücke. „So hatten wir für den hochkomplexen Austausch der 28 Rollenlager im zweiten Bauabschnitt gerade mal ein Zeitfenster von 21 Tagen“, nennt Hans Günter Gewehr ein Beispiel. „Auch das hätten wir ohne MM1018 im Leben nicht schaffen können.“

 

Und er ergänzt: „Wenn man insgesamt betrachtet, welche Maßgenauigkeiten im Rahmen der Überholung einzuhalten waren. Und das bei einem knapp 120 Jahre alten, stark beanspruchten und naturgemäß verformten Stahlbauteil mit unterschiedlichen Toleranzwerten aus Maschinenbau (Fahrbahnlager) und Stahlbau (Rollenlager). Das wäre ohne das Metallpolymer von Diamant schlicht unmöglich gewesen.“

 

Unmöglich scheint angesichts der enormen technischen Anstrengung im Rahmen der Brückenarbeiten nichts mehr. Auch nicht, dass es die Müngstener Brücke – wie schon mehrfach angeregt – tatsächlich bald schafft, zum UNESCO-Weltkulturerbe ernannt zu werden. Verdient hätte es die stählerne Schönheit im Bergischen Land auf jeden Fall.

 

 

Bild 1: Die Müngstener Brücke nahe Solingen und Remscheid ist mit 107 Metern die höchste Stahlgitterbrücke Deutschlands

Bild 2: Generalüberholung nach 120 jahren Dienstzeit. Besondere Herausforderung dabei: die kraft- und formschlüssige Verbindung neuer Brückenlager zwischen den Sanierungs- und den Bestandselementen des bauwerks

Bild 3: Günter Gewehr, Ingenieur und Projektleiter der DB Netz AG, (links) und Josef Kaiser, Projektverantwortlicher auf Seiten der Diamant Metallplastic GmbH, erläutern den Einsatz des Metallpolymers MM1018 an den neuralgischen Punkten der Brückenkonstruktion

Bild 4: Die Stahlkonstruktion besteht aus sechs Gerüstpfeilern und einem mittleren Bogen mit imposanten 170 Metern Stützweite

Bild 5: Einheben des letzten neuen Fahrbahnabschnittes des Müngstener Brücke

 

Erschienen in der Stahlbau 86 (2017), Heft 8

 

Vorschau: Veröffentlichung in der ETR, Juli+August 2017, Nr. 7+8

 


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