TECHNIK & WISSEN
Technik verständlich erklärt – Begriffe, Verfahren und interessante Fakten rund um Stahlbau und Schlosserei
GUT ZU WISSEN
SCHWEISSTECHNIK
Starke Verbindungen im Stahlbau
Das Schweißen gehört zu den wichtigsten Fügeverfahren im Stahlbau und Schlosserei. Dabei werden einzelne Bauteile durch Wärmeeinwirkung dauerhaft miteinander verbunden. Je nach Konstruktion, Belastung und Anforderung kommen unterschiedliche Schweißverfahren und Nahtausführungen zum Einsatz.
Beim MAG- und MIG-Schweißen wird ein Schweißdraht kontinuierlich zugeführt und unter Schutzgas aufgeschmolzen. MAG wird überwiegend für Stahl eingesetzt, MIG vor allem für Aluminium und andere Nichteisenmetalle. Beim WIG-Schweißen entsteht der Lichtbogen über eine Wolframelektrode unter inertem Schutzgas, wodurch besonders präzise und saubere Nähte möglich sind. Beim E-Hand-Schweißen dient eine umhüllte Stabelektrode als Zusatzwerkstoff und Schutz des Schmelzbades – eine externe Gaszufuhr ist nicht erforderlich.
Gesteppte Schweißnaht
Bei einer gesteppten Schweißnaht wird nicht die gesamte Verbindung durchgehend verschweißt. Stattdessen werden einzelne Nahtabschnitte mit definierten Abständen zueinander ausgeführt.
Dadurch wird weniger Wärme in das Bauteil eingebracht, wodurch sich das Risiko von schweißbedingtem Verzug reduzieren kann. Gleichzeitig werden Schweißzeit und Schweißzusatz eingespart. Eine gesteppte Naht eignet sich jedoch nur dort, wo die konstruktiven und statischen Anforderungen diese Ausführung zulassen. Außerdem entsteht keine durchgehend dichte Verbindung.
Durchgängige Schweißnaht
Bei einer durchgängigen Schweißnaht verläuft die Naht ohne Unterbrechung entlang der vorgesehenen Verbindung. Dadurch können Kräfte kontinuierlich über die Schweißverbindung übertragen werden.
Durchgängige Nähte kommen insbesondere dort zum Einsatz, wo höhere Anforderungen an die Tragfähigkeit oder eine geschlossene Verbindung bestehen. Im Vergleich zur gesteppten Ausführung entstehen jedoch ein höherer Schweißaufwand und ein größerer Wärmeeintrag in das Bauteil.
Welche Schweißnaht ist die richtige?
Ob eine Schweißnaht gesteppt oder durchgängig ausgeführt wird, ist keine reine optische Entscheidung. Maßgebend sind unter anderem Konstruktion, Belastung, Materialstärke, Korrosionsschutz sowie die Vorgaben aus Planung und Statik.
Die richtige Ausführung sorgt dafür, dass eine Schweißverbindung genau die Anforderungen erfüllt, die an das jeweilige Stahlbauteil gestellt werden.
STAHL & OBERFLÄCHEN
Schutz trifft Gestaltung
Stahl ist tragfähig, vielseitig und langlebig und zählt deshalb zu den wichtigsten Werkstoffen im modernen Stahl- und Metallbau. Damit Stahlkonstruktionen ihre Eigenschaften langfristig behalten, spielt die richtige Oberflächenbehandlung und der Korrosionsschutz eine entscheidende Rolle.
Welche Oberfläche zum Einsatz kommt, hängt unter anderem vom Einsatzort, den Umgebungsbedingungen, der gewünschten Optik und den technischen Anforderungen der Konstruktion ab.
Die Korrosivitätskategorien C2 bis C5 beschreiben, wie stark eine Stahlkonstruktion durch ihre Umgebungsbedingungen korrosiv belastet wird. Je höher die Kategorie, desto anspruchsvoller sind die Bedingungen und desto wichtiger ist ein entsprechend ausgelegter Korrosionsschutz.
Feuerverzinkter Stahl
Beim Feuerverzinken werden entsprechend vorbereitete Stahlbauteile in ein Bad aus geschmolzenem Zink getaucht. Dabei entsteht eine fest mit dem Stahl verbundene Zinkschicht, die das Bauteil vor Korrosion schützt.
Feuerverzinkte Oberflächen sind besonders robust und langlebig und werden daher häufig bei Stahlkonstruktionen im Außenbereich eingesetzt – beispielsweise bei Treppen, Geländern, Balkonen, Unterkonstruktionen oder Überdachungen.
Typisch ist die zunächst silbrig-glänzende bis matte Oberfläche. Das Erscheinungsbild kann sich im Laufe der Zeit durch natürliche Witterungseinflüsse verändern.
Lackierter Stahl
Beim Lackieren erhält die Stahloberfläche ein auf den jeweiligen Einsatz abgestimmtes Beschichtungssystem. Dieses dient dem Korrosionsschutz und bietet gleichzeitig zahlreiche Möglichkeiten bei der farblichen Gestaltung.
Je nach Anforderung können unterschiedliche Grundierungen sowie Zwischen- und Deckbeschichtungen eingesetzt werden. Dadurch lassen sich Stahlkonstruktionen beispielsweise passend zur Architektur oder zum Farbkonzept eines Gebäudes gestalten.
Pulverbeschichteter Stahl
Bei der Pulverbeschichtung wird ein Beschichtungspulver elektrostatisch auf die vorbereitete Metalloberfläche aufgetragen und anschließend bei erhöhter Temperatur eingebrannt. Dadurch entsteht eine gleichmäßige und widerstandsfähige Oberfläche.
Pulverbeschichtungen bieten eine große Auswahl an Farben, Glanzgraden und Oberflächenstrukturen und kommen insbesondere dort zum Einsatz, wo neben dem Schutz auch hohe Anforderungen an die Optik gestellt werden.
Edelstahl
Edelstahl wird häufig eingesetzt, wenn eine hochwertige Optik und eine gute Korrosionsbeständigkeit gefragt sind. Je nach Werkstoff und Oberflächenbearbeitung können unterschiedliche Erscheinungsbilder erzielt werden – von geschliffen und matt bis hin zu polierten Oberflächen.
Typische Einsatzbereiche sind beispielsweise Handläufe, Geländer, Verbindungselemente und sichtbare Metallbauteile.
PROFILE & BAUTEILE
Die Bausteine einer Stahlkonstruktion
Stahlkonstruktionen bestehen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Profile, Bleche und Verbindungselemente. Je nach Belastung, Spannweite, Konstruktion und Einsatzbereich werden die passenden Bauteile ausgewählt und zu einer tragfähigen Gesamtkonstruktion zusammengefügt.
Vom massiven HEB-Träger einer Hallenkonstruktion bis zum filigranen Rechteckrohr eines Geländers erfüllt jedes Profil eine bestimmte Aufgabe. Welche Abmessungen und Querschnitte erforderlich sind, wird bereits während der Planung und statischen Bemessung festgelegt.
IPE-, HEA- und HEB-Profile
Zu den bekanntesten Stahlprofilen gehören IPE-, HEA- und HEB-Profile. Durch ihre charakteristische Form mit einem Steg und zwei Flanschen können sie hohe Kräfte aufnehmen und werden deshalb häufig als Träger oder Stützen eingesetzt.
IPE-Profile sind vergleichsweise schlank und werden häufig als Träger verwendet. HEA-Profile besitzen breitere Flansche und eignen sich für zahlreiche Tragkonstruktionen. HEB-Profile sind bei gleicher Profilhöhe in der Regel massiver als HEA-Profile und kommen dort zum Einsatz, wo entsprechend höhere Beanspruchungen aufgenommen werden müssen.
Welches Profil tatsächlich benötigt wird, richtet sich jedoch immer nach der statischen Bemessung der Konstruktion.
Rechteck-, Quadrat- und Rundrohre
Hohlprofile gibt es unter anderem als Rechteck-, Quadrat- und Rundrohre. Sie bieten eine geschlossene Form und ermöglichen dadurch sowohl tragfähige als auch optisch klare Konstruktionen.
Im Stahl- und Metallbau finden sie beispielsweise Verwendung bei Geländern, Pfosten, Rahmenkonstruktionen, Überdachungen, Treppen oder Sonderkonstruktionen.
Durch die große Auswahl an Abmessungen und Wandstärken können Hohlprofile sehr vielseitig eingesetzt werden.
Winkel-, T- und Flachstahl
Nicht jedes Bauteil einer Stahlkonstruktion muss ein großer Träger sein. Auch kleinere Profile wie Winkelstahl, T-Stahl und Flachstahl erfüllen wichtige konstruktive Aufgaben.
Sie werden beispielsweise für Rahmen, Verstärkungen, Anschlüsse, Unterkonstruktionen oder Halterungen eingesetzt. Flachstahl findet außerdem häufig bei Geländern, Laschen und verschiedenen Verbindungselementen Verwendung.
Bleche und Platten
Stahlbleche werden in zahlreichen Abmessungen und Materialstärken verarbeitet und bilden einen wichtigen Bestandteil vieler Stahlkonstruktionen.
Aus ihnen entstehen beispielsweise Fußplatten, Kopfplatten, Anschlussbleche, Laschen, Konsolen und Verstärkungsbleche. Die benötigten Bauteile können zugeschnitten, gebohrt, gekantet und anschließend mit den entsprechenden Stahlprofilen verschweißt oder verschraubt werden.
Stützen und Träger
Stützen übertragen Kräfte überwiegend in vertikaler Richtung und leiten diese beispielsweise in Fundamente oder andere tragende Bauteile weiter.
Träger überspannen dagegen Bereiche und nehmen insbesondere Lasten aus darüberliegenden Konstruktionen auf. Gemeinsam bilden Stützen und Träger das Grundgerüst vieler Hallen, Bühnen, Überdachungen und anderer Stahltragwerke.
Fuß-, Kopf- und Ankerplatten
Damit Stahlbauteile sicher miteinander oder mit dem Bauwerk verbunden werden können, kommen verschiedene Anschlussplatten zum Einsatz.
Fußplatten befinden sich beispielsweise am unteren Ende einer Stahlstütze und ermöglichen deren Verbindung mit einem Fundament. Kopfplatten können zur Verbindung von Trägern und Stützen eingesetzt werden. Ankerplatten beziehungsweise Verankerungselemente dienen dazu, Kräfte sicher in angrenzende Bauteile oder den Baukörper einzuleiten.
Konsolen, Laschen und Verbindungselemente
Konsolen und Laschen ermöglichen die Verbindung und Befestigung verschiedener Bauteile. Sie können Kräfte übertragen, Bauteile unterstützen oder als Anschlusspunkte für weitere Konstruktionen dienen.
Neben geschweißten Verbindungen spielen dabei auch Schraubverbindungen eine wichtige Rolle. Besonders bei der Montage ermöglichen sie eine schnelle und präzise Verbindung bereits vorgefertigter Stahlbauteile.
Vom einzelnen Profil zur fertigen Konstruktion
Ein Stahlprofil allein macht noch keine Stahlkonstruktion. Erst durch das Zusammenspiel von Profilen, Blechen, Verbindungselementen, Schweißnähten und Schraubverbindungen entsteht aus vielen einzelnen Bauteilen eine funktionierende Gesamtkonstruktion.
Welche Profile und Bauteile eingesetzt werden, hängt von der jeweiligen Konstruktion und ihrer Beanspruchung ab. Dabei müssen Statik, Fertigung, Montage, Korrosionsschutz und architektonische Anforderungen bereits bei der Planung aufeinander abgestimmt werden.
So kann aus wenigen Grundelementen nahezu alles entstehen – vom einfachen Geländer bis zur komplexen Stahlhalle.
NORMEN & QUALTITÄT
Sicherheit beginnt bei der Fertigung
Stahlkonstruktionen müssen hohen Anforderungen an Sicherheit, Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit gerecht werden. Deshalb unterliegen Planung, Fertigung und Montage im Stahlbau klar definierten Normen und Qualitätsanforderungen.
Von der Auswahl des Werkstoffs über das Schweißen bis zur fertigen Konstruktion müssen zahlreiche Vorgaben eingehalten werden. Sie sorgen dafür, dass Bauteile fachgerecht, nachvollziehbar und in gleichbleibender Qualität hergestellt werden.
DIN EN 1090 – eine zentrale Norm im Stahlbau
Die DIN EN 1090 bildet eine wesentliche Grundlage für die Herstellung und Ausführung tragender Stahl- und Aluminiumkonstruktionen.
Sie definiert unter anderem Anforderungen an die Herstellung, Ausführung, Qualitätssicherung und Dokumentation von tragenden Bauteilen. Für Stahltragwerke ist insbesondere die DIN EN 1090-2 von Bedeutung.
Damit wird Qualität im Stahlbau nicht nur am fertigen Bauteil beurteilt. Bereits die Prozesse innerhalb der Fertigung müssen entsprechend organisiert, überwacht und dokumentiert werden.
Was bedeutet EXC?
Stahlkonstruktionen werden nach DIN EN 1090-2 unterschiedlichen Ausführungsklassen – den sogenannten Execution Classes (EXC) – zugeordnet.
Es gibt vier Ausführungsklassen:
EXC1 – vergleichsweise geringe Anforderungen
EXC2 – übliche Anforderungen im klassischen Stahlbau
EXC3 – erhöhte Anforderungen an Ausführung und Qualitätssicherung
EXC4 – besonders hohe Anforderungen für außergewöhnlich beanspruchte Konstruktionen
Welche Ausführungsklasse erforderlich ist, hängt von der jeweiligen Konstruktion und den zugrunde liegenden Anforderungen ab.
Mit steigender Ausführungsklasse steigen auch die Anforderungen an Fertigung, Schweißtechnik, Qualifikation, Prüfung und Dokumentation.
Werkseigene Produktionskontrolle – WPK
Ein wichtiger Bestandteil der Qualitätssicherung ist die Werkseigene Produktionskontrolle (WPK).
Dabei werden die für die Herstellung relevanten Abläufe im Unternehmen systematisch festgelegt, überwacht und dokumentiert. Dazu gehören beispielsweise die Materialeingangskontrolle, Rückverfolgbarkeit von Werkstoffen, Fertigungsprozesse, Prüfungen und Dokumentation.
Die WPK trägt dazu bei, dass festgelegte Qualitätsanforderungen nicht nur bei einem einzelnen Bauteil, sondern kontinuierlich während der gesamten Fertigung eingehalten werden.
Qualifiziertes Schweißen
Bei tragenden Stahlkonstruktionen spielt die Schweißtechnik eine besonders wichtige Rolle. Schweißarbeiten dürfen deshalb nicht beliebig ausgeführt werden.
Je nach Anforderung kommen qualifizierte Schweißer, festgelegte Schweißverfahren und geprüfte Schweißanweisungen zum Einsatz. Dadurch wird sichergestellt, dass Schweißverbindungen reproduzierbar und entsprechend den technischen Vorgaben hergestellt werden.
Kontrolle und Prüfung
Qualität entsteht während des gesamten Fertigungsprozesses. Bauteile werden deshalb entsprechend den jeweiligen Anforderungen kontrolliert und geprüft.
Neben Maß-, Sicht- und Dokumentationskontrollen können bei Schweißverbindungen zusätzliche Prüfverfahren erforderlich sein. Dazu zählen beispielsweise Magnetpulver-, Farbeindring- oder Ultraschallprüfungen.
Welche Prüfungen notwendig sind, richtet sich nach der Konstruktion und den jeweiligen technischen Vorgaben.
Rückverfolgbarkeit der Werkstoffe
Bei tragenden Stahlkonstruktionen ist es wichtig zu wissen, welcher Werkstoff tatsächlich verarbeitet wurde. Materialkennzeichnungen, Prüfbescheinigungen und eine entsprechende Dokumentation ermöglichen es, Werkstoffe während des Fertigungsprozesses nachzuverfolgen.
So kann beispielsweise nachvollzogen werden, welche Stahlgüte für ein bestimmtes Bauteil verwendet wurde.
Qualität ist mehr als das fertige Bauteil
Qualität im Stahlbau bedeutet nicht nur, dass eine Konstruktion am Ende maßhaltig und optisch einwandfrei ist. Entscheidend ist der gesamte Herstellungsprozess – von der Planung und Materialbeschaffung über die Fertigung und Schweißtechnik bis hin zur Kontrolle, Dokumentation und Montage.
Klare Normen, qualifizierte Mitarbeiter und kontrollierte Fertigungsprozesse schaffen dabei die Grundlage für sichere, zuverlässige und langlebige Stahlkonstruktionen.