Bausysteme aus Stahl für Dach und Fassade

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1 Dokumentation 558 Bausysteme aus Stahl für Dach und Fassade Stahl-Informations-Zentrum

2 Dokumentation 558 Stahl-Informations-Zentrum Das Stahl-Informations-Zentrum ist eine Gemeinschaftsorganisation Stahl erzeugender und verarbeitender Unternehmen. Markt- und anwendungsorientiert werden firmenneutrale Informationen über Verarbeitung und Einsatz des Werkstoffs Stahl bereitgestellt. Verschiedene Schriftenreihen bieten ein breites Spektrum praxisnaher Hinweise für Konstrukteure, Entwickler, Planer und Verarbeiter von Stahl. Sie finden auch Anwendung in Ausbildung und Lehre. Vortragsveranstaltungen schaffen ein Forum für Erfahrungsberichte aus der Praxis. Messebeteiligungen und Ausstellungen dienen der Präsentation neuer Werkstoffentwicklungen sowie innovativer, zukunftsweisender Stahlanwendungen. Als individueller Service werden auch Kontakte zu Instituten, Fachverbänden und Spezialisten aus Forschung und Industrie vermittelt. Die Pressearbeit richtet sich an Fach-, Tages- und Wirtschaftsmedien und informiert kontinuierlich über neue Werkstoffentwicklungen und -anwendungen. Das Stahl-Informations-Zentrum zeichnet besonders innovative Anwendungen mit dem Stahl-Innovationspreis aus. Er ist einer der bedeutendsten Wettbewerbe seiner Art und wird alle drei Jahre ausgelobt ( Mitglieder des Stahl-Informations-Zentrums: AG der Dillinger Hüttenwerke ArcelorMittal Bremen GmbH ArcelorMittal Commercial RPS S.à.r.l. ArcelorMittal Duisburg GmbH ArcelorMittal Eisenhüttenstadt GmbH Benteler Stahl/Rohr GmbH Gebr. Meiser GmbH Georgsmarienhütte GmbH Rasselstein GmbH Remscheider Walz- und Hammerwerke Böllinghaus GmbH & Co. KG Saarstahl AG Salzgitter AG ThyssenKrupp Electrical Steel GmbH ThyssenKrupp GfT Bautechnik GmbH ThyssenKrupp Steel Europe AG ThyssenKrupp VDM GmbH Wickeder Westfalenstahl GmbH Die Internet-Präsentation ( informiert u. a. über aktuelle Themen und Veranstaltungen und bietet einen Überblick über die Veröffentlichungen des Stahl- Informations-Zentrums. Schriftenbestellungen sowie Kontaktaufnahme sind online möglich. Impressum Dokumentation 558 Bausysteme aus Stahl für Dach und Fassade Ausgabe 2010 ISSN Herausgeber: Stahl-Informations-Zentrum Postfach , Düsseldorf Autor: Dipl.-Ing. Hans Pöter Pöter & Möller GmbH, Siegen Redaktion: Stahl-Informations-Zentrum Die Erarbeitung der Inhalte erfolgte mit Unterstützung des Max-Planck-Straße 4, Düsseldorf Tel.: , Fax: Internet: Ein Nachdruck dieser Veröffentlichung ist auch auszugsweise nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers und bei Quellenangabe gestattet. Die zugrunde liegenden Informationen wurden mit größter Sorgfalt recherchiert und redaktionell bearbeitet. Eine Haftung ist jedoch ausgeschlossen. Bildnachweise: o = oben, u = unten, l = links, r = rechts m = Mitte, T = Titelbild Atlas Ward GmbH, Hünxe Abb.: 16 l ArcelorMittal Construction Deutschland GmbH, Brehna Abb.: 3 r, 7 u, 13 l C & E FEIN GmbH, Schwäbisch Gmünd Abb.: 73 (1, 2, 3, 8, 9, 10) Dietmar Krings GmbH, Nordhorn Abb.: T ur, 3 l, 45 m 2

3 Bausysteme aus Stahl für Dach und Fassade Domico Dach-, Wand- und Fassadensysteme Gesellschaft m.b.h. & Co. KG, Vöcklamarkt, Österreich Abb.: 14, 15 o, 17 u, 23 r EJOT Baubefestigungen GmbH, Bad Laasphe Abb.: 23 l, 25 (Kalotten), 73 (14, 15) Fischer Profil GmbH, Netphen Abb.: 16 r, 38 Goldbeck GmbH, Bielefeld Abb.: T ul, 60 or, 60 mr Hammersen Elementbau GmbH & Co. KG, Osnabrück Abb.: 3 m, 7 o, 45 l Hans Sauer GmbH, Hamburg Abb.: 73 (7) IFBS Industrieverband für Bausysteme im Metallleichtbau, Düsseldorf Abb.: 13 r, 26, 42, 44, 45 r, 51, 53, 59, 63 Klöckner Stahl- und Metallhandel GmbH, Duisburg Abb.: 8 u, 15 u, 18 l, 57 Pöter & Möller GmbH, Siegen Abb.: 4, 5, 6, 8 o, 9 u, 10 l, 17 o, 29, 30, 43 o, 46, 48, 49, 56, 58, 61, 65, 66, 74 Salzgitter Bauelemente GmbH, Salzgitter Abb.: T ul, 60 or, 60 mr Schrag Kantprofile GmbH, Hilchenbach Abb.: 21, 40 SFS intec GmbH, Oberursel Abb.: 25 (Schrauben) ThyssenKrupp Steel Europe AG, Profit Center Color Construction, Kreuztal Abb.: T o, 9 o, 10 r, 12, 18 mr, 22, 27, 43 u, 47, 60 ol, 60 ml, 60 ul, 60 ur, 64, 71, 72, 73 (4) Trumpf GmbH & Co. KG, Ditzingen Abb.: 73 (6) Wemalux Tageslichttechnik AG, Affoltern am Albis, Schweiz Abb.: 23 m Zeman Bauelemente Produktionsgesellschaft mbh, Wien, Österreich Abb.: 11 o Zeman & Co Gesellschaft mbh, Wien, Österreich Abb.: 11 u Inhalt Seite 1 Stahlleichtbau Bauweise mit Tradition Entwicklung des Bauens mit Stahlprofiltafeln Begriffe zur Beschreibung von Stahlprofiltafeln Stahlprofiltafeln und ihre Anwendung... 6 Seite 2 Vormaterial und Herstellung Oberflächenveredeltes Stahlblech für Flächenbauteile Anforderungen an Stahlgüten und Lieferformen Anforderungen an den Korrosionsschutz Herstellung der Bauteile Güteüberwachung Verpackung und Transport Planen und Gestalten Planungsraster und Bauelementabmessungen Gestaltung Bemessen und Konstruieren Einschalige Profiltafeln Sandwichelemente Bauphysik Bauphysikalische Besonderheiten Wärme- und Feuchteschutz Schallschutz Brandschutz Blitzschutz Anwendungsbeispiele Nutzungsabhängige Anwendung Bauen mit einschaligen Profiltafeln Bauen mit Sandwichelementen Montage und Instandhaltung Fachgerechte Montage Fachgerechte Instandhaltung Normen, Richtlinien, Literatur Vorbemerkung Allgemeine Normen und Richtlinien Wärme- und Feuchteschutz Schallschutz Brandschutz/Blitzschutz Oberflächenveredelung Well-, Trapez- und Kassettenprofile sowie Sandwichelemente aus Stahl Schriften des Stahl-Informations-Zentrums Schriften der Informationsstelle Edelstahl Rostfrei Schrift von»bauforumstahl e. V IFBS Fachregeln des Metallleichtbaus Industrieverband für Bausysteme im Metallleichtbau

4 Dokumentation 558 Abb. 1: Ein Fertighaus, speziell für den Export in die britische Kolonie Australien entworfen, um 1840 Abb. 2: Dach und Wand aus Wellprofilen, die seit 1880 auch in Deutschland auf Pressen hergestellt werden 1 Stahlleichtbau Bauweise mit Tradition 1.1 Entwicklung des Bauens mit Stahlprofiltafeln Gerade und bombierte Wellbleche Das Bauen mit im industriellen Maßstab hergestellten dünnwandigen Stahlprofiltafeln begann mit der Herstellung von verzinkten Stahlwellprofilen, einer Entwicklung von H. R. Palmer in England, in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts (Abb. 1). Diese Entwicklung wurde bald von Herstellern in anderen europäischen Ländern übernommen und mit der Produktion bombierter Wellprofile weitergeführt (Abb. 2). In den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts wurde in Amerika feuerverzinkter Bandstahl auf kontinuierlich arbeitenden Anlagen in großen Mengen hergestellt. Gleichzeitig entwickelte man das bis dahin gebräuchliche Wellprofil zu Stahltrapezprofilen weiter. Stahlprofiltafeln im Industrie- und Wirtschaftshochbau fanden so ihren Einsatz. In Deutschland begann das Bauen mit Stahltrapezprofiltafeln zwar erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, es setzte sich dafür aber aufgrund seiner hohen Wirtschaftlichkeit und Flexibilität im gesamten Industrie- und Wirtschaftshochbau rasch durch. Anfang der 60er Jahre standen Rollformanlagen zur kontinuierlichen Fertigung von Profiltafeln zur Verfügung. Well- und Trapezprofile wurden weiterentwickelt und durch Stehfalzprofile und Sandwichelemente ergänzt. Der Stahlleichtbau in Dach und Wand setzte sich durch vorrangig beim Bau von Hallen und Geschäftsgebäuden, Versammlungs- und Sportstätten. Heute bestehen geschlossenflächige tragende Dachunterschalen fast ausschließlich aus Stahltrapezprofilen. Mit dem Einsatz von kaltverformten dünnwandigen Pfetten aus Stahl haben sich auch Dachdeckungen aus Sandwichelementen und Stehfalzprofilen zunehmend am Markt bewährt. Schließlich hat die Stahlleichtbauweise vielfach auch im Wandaufbau traditionelle Baustoffe und Produkte ersetzt. Die Bauweise ist auch im Hinblick auf die baurechtlichen Randbedingungen mit dem Erscheinen der DIN für Trapezprofile im Jahr 1987 sowie der EN DIN für Sandwichelemente im Jahr 2007 als integraler Bestandteil des heutigen Baugeschehens anerkannt. Die Entwicklung des Stahlleichtbaus verlangt auch besondere handwerkliche Fertigkeiten, so dass neben den klassischen Dachdecker- und Klempnerbetrieben heute eigens auf diese Bauweise ausgerichtete Verlegefirmen tätig sind, die sich auf das Bauen mit Stahlprofiltafeln spezialisiert haben. Im deutschen Wirtschaftshochbau hat die Bauweise innerhalb nur eines Jahrhunderts eine Bedeutung erlangt, die Planer und Ausführende veranlasst, die Besonderheiten der dünnwandigen Konstruktionen immer intensiver kennen zu lernen und sie bei der Gestaltung von Neu- und Bestandsbauten zu berücksichtigen (Abb. 3). Wellblechpresse (um 1880) 1.2 Begriffe zur Beschreibung von Stahlprofiltafeln Bei Stahlprofiltafeln wird die Längen- und Breitenabmessung als Tafellänge und als Tafelbreite bezeichnet. Stahltrapezprofiltafeln sind 4

5 Stahlleichtbau Die Bauweise mit Tradition Abb. 3: Gestaltung mit Well- und Trapezprofilen sowie Sandwichelementen. Verlegerichtung horizontal (links), vertikal (Mitte) und schräg angeordnet (rechts) Negativlage Positivlage Last Last Abb. 4: Lagebezeichnung bei Stahltrapezprofilen unter andrückenden Lasten in Positivlage, wenn ihr breiterer Gurt oben/ außen und der schmalere Gurt zur Unterkonstruktion hin angeordnet ist (Abb. 4). Die Bezeichnung für den Querschnitt der Leichtbauprofile leiten sich von den Begriffen im Stahlbau ab. Das heißt, Stahlprofiltafeln verfügen über Ober- und Untergurte sowie Stege, zusätzliche Einprägungen in Längsrichtung der Gurte oder Stege bezeichnet man als Sicke (Abb. 5). Auch bei Formteilen gelegentlich auch Kantteile genannt ist die Begrifflichkeit festgelegt. Während einfach gekantete Winkel zwei Schenkel aufweisen, verfügen mehrfach gekantete Formteile je nach ihrer Querschnittsform über Ober- und Untergurte, Stege und Längsrandabkantungen oder Lippen sowie umgeschlagene/gebördelte Längsränder. Als Kopfkantung bezeichnet man das Abkanten der Querränder von Bauteilen (Abb. 6). Obergurt Stegsicke oder Stegversatz Obergurtsicke Obergurt Profilhöhe A Untergurtsicke Stegsicke Profilhöhe t Ebener Längsrand Rippenbreite Untergurt Baubreite Elementbreite B Abgekanteter Längsrand Untergurt Baubreite Elementbreite Abb. 5: Begriffe für Querschnitte von Trapez- und Kassettenprofilen 5

6 Dokumentation 558 B 150 C Lippe b1 Obergurt A Abkantung Steg Untergurt b2 Rückenkantung B Kopfkantung Schenkel A Umschlag/Bördel Abb. 6: Begriffe für Querschnitte von Formteilen (Kantteile) 1.3 Stahlprofiltafeln und ihre Anwendung Einschalige Profiltafeln Wellprofile werden heute vorrangig als gestalterische Elemente in der Wand eingesetzt, meist in horizontaler, gelegentlich aber auch in vertikaler oder geneigter Anordnung. Im Dach werden sie eher selten verwendet und dann oft nur noch in gerundeter Ausführung als Deckung auf Tonnendächern oder in knickgerundeter Ausführung als Gebäudeecke oder Attika. Wellprofile verfügen über einen sinuswellenförmigen Querschnitt und werden in Baubreiten von 800 mm bis mm sowie Bauhöhen beginnend mit 18 mm in Abstufungen bis zu 55 mm angeboten. Die Verbindung der einzelnen Wellprofile untereinander und der tragenden Unterkonstruktion erfolgt mithilfe von Schrauben oder Nieten. Für den Tragsicherheitsnachweis wird die einfache Biegetheorie angewandt, und zwar auf der Basis der statischen Werte, die für die jeweilige Querschnittsgeometrie nach DIN gelten (Abb. 7). Trapezprofile finden in ihren flacheren Formen Verwendung als Dachdeckung bei Pfettendächern und bei Wandbekleidungen. Die höheren Profile werden vorrangig als tragende Dachunterschale eingesetzt, die von Binder zu Binder spannt. Die Bauhöhen variieren zwischen 19 mm und 200 mm bei Baubreiten zwischen mm bei den niedrigen Profilen und 750 mm bei hohen Profilen. Die größeren Bauhöhen verfügen zur Steigerung der Lastabtragung über Obergurt- und Stegsicken oder Stegversätze. Der Einsatz von Trapezprofilen ist nach DIN 18807, Teil 1 3 geregelt. Zur Erstellung der Tragsicherheitsnachweise für Stahltrapezprofile stehen typengeprüfte Belastungstabellen zur Verfügung. Die dort angegebenen Belastungswerte beruhen auf Berechnungen nach DIN oder auf Ergebnissen von Belastungsversuchen nach DIN (Abb. 8). Eine der Sonderformen stellt das einrippige Profil TRP 200 mit einer Bauhöhe von 205 mm und einer Baubreite von 750 mm dar, das für den Einsatz größerer Spannweiten von bis zu 10 m und für einen höheren Lastabtrag sehr wirt- 6

7 Stahlleichtbau Die Bauweise mit Tradition Abb. 7: Wellprofile in unterschiedlichen Querschnittsgrößen für Dachdeckung und Wandbekleidung Abb. 8: Trapezprofile in unterschiedlichen Querschnittsgrößen schaftlich einsetzbar ist. Es besteht aus einem breiten Obergurt, der zusätzlich zu seinen Obergurtsicken über eine Querprofilierung verfügt. Ähnliche Sonderformen findet man in dem zweirippigen Profil 200/420 mit einer Bauhöhe von 200 mm und einer Baubreite von 750 mm sowie dem dreirippigen Profil 110/333 mit einer Bauhöhe von 110 mm und einer Baubreite von mm als besonders wirtschaftliche Lösungen für die gebräuchlichen Spannweiten und Lasten. Bei diesen Profilen wurden wiederum Obergurtsicken und Querprofilierung zum Lastabtrag miteinander kombiniert (Abb. 9). Stahltrapezprofile dienen auch als tragende Dachunterschale in Bogendächern. Sind die Binder der tragenden Rahmenkonstruktion ge- Trapezprofiltafel Abb. 9: Sonderformen von Trapezprofilen Typ TRP 200 Montageband Auflagerstützelement Auflagerstützelement TP 200/ /333 7

8 Dokumentation 558 Abb. 10: Tragende Dachunterschale für ein Bogendach aus in Querrichtung gekrümmten Stahltrapezprofilen bogen, so werden die Stahltrapezprofile in Querrichtung entsprechend der Krümmung der Binder bauseits gebogen und auf den Obergurten der Binder befestigt (Abb. 10). Darüber hinaus können Stahltrapezprofile auch mit Biegemaschinen in ihrer Längsrichtung faltenfrei gerundet werden und als Dachunterschale von frei spannenden Bogendächern Anwendung finden. Als Sonderprofile stehen hierfür die beiden symmetrischen Profilquerschnitte 105/285A für die tragende Dachunterschale und 44/160A für die Dachoberschale zur Verfügung. Je nach der Art des Dachaufbaus und der anzusetzenden Dachlast können freie Spannweiten von bis zu 20 m erzielt werden (Abb. 11). Abb. 11: Tragende Dachunterschale und Deckschale aus vorgekrümmten Stahltrapezprofilen für den Einsatz als frei spannendes Bogendach Abb. 12: Stahltrapezprofil TRP 200 als Additivdecke Stahltrapezprofile werden in abgewandelter Form und in Verbindung mit Beton auch als sogenannte Verbunddeckenprofile eingesetzt. Dies ist als verlorene Schalung ohne eigene Tragwirkung im Gebrauchszustand möglich, wenn hohe tragfähige Profile gewählt werden. Diese Profile können die Belastung aus Frischbeton möglichst ohne weitere Zwischenunterstützungen abtragen. Der Tragsicherheitsnachweis kann mithilfe vorhandener Belastungstabellen erstellt werden. Eine Sonderlösung stellt in diesem Zusammenhang die Additivdecke dar, mit dem Profil TRP 200 als Stahlelement und einer eigens hierfür entwickelten Endauflagerung. Der Tragsicherheitsnachweis erfolgt nach den Vorgaben der vorliegenden bauaufsichtlichen Zulassung (Abb. 12). Kommt das Stahltrapezprofil als verlorene Schalung unter Berücksichtigung der Verbundwirkung zwischen Stahlbetonkörper und Stahlprofil zum Einsatz, wird die Einsatzhöhe in der Regel auf 50 bis 70 mm begrenzt. Gurte und Stege des Profils weisen dann Prägungen auf, die in den Beton eingreifen. Das Profil dient als Zugbewehrung im Sinne des Stahlbetonbaus. 8

9 Stahlleichtbau Die Bauweise mit Tradition Abb. 13: Verbunddeckenbau mit Verbunddeckenprofilen Der Nachweis der Tragsicherheit erfolgt unter Berücksichtigung der Verbundwirkung nach den Vorgaben der jeweils vorliegenden bauaufsichtlichen Zulassung (Abb. 13). Klemmprofile verfügen über eine trapezförmige Querschnittsgeometrie, die durch Rückkantungen der geneigten Stege so verändert worden ist, dass das Profil mit speziellen Klemmleisten mit der Unterkonstruktion verbunden werden kann. Klemmprofile sind mit zwei oder drei Längsrippen und auch in gekrümmter Ausführung lieferbar. Ausgangsmaterial ist Stahlblech in den Dicken 0,63 bis 1,00 mm. Die Baubreiten liegen bei 500 mm mit Steghöhen von 48 mm und 65 mm. Die Ermittlung der zulässigen Lasten und Spannweiten für Klemmprofile erfolgt wie für Trapezprofile nach DIN Für den Einsatz von Klemmprofilen, insbesondere für deren Verankerung, ist die Vorlage einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung erforderlich (Abb. 14). Stahlkassettenprofile stellen eine weitere Sonderform von Stahlprofiltafeln dar. Es handelt sich um trogförmig ausgebildete Flächenbauteile, die horizontal verlegt meist als tragende Wandinnenschale eingesetzt werden und die sonst üblichen Wandriegel ersetzen. Zuweilen dienen sie auch als tragende Dachunterschale. Zwischen die Stege der Stahlkassettenprofile wird eine Wärmedämmung eingelegt. Darauf wird bauseits die Deck- oder Außenschale aus Stahltrapezprofilen, Wellprofilen oder -paneelen montiert und so zu einer Art Sandwichkonstruktion zusammengesetzt. Stahlkassettenprofile verfügen über flach gehaltene, breite Untergurte, die zur besseren Aussteifung liniert, nutiert oder gesickt sein können, und über zweifach abgekantete Obergurte. Auch die Stege weisen zur besseren Aussteifung Sicken oder Stegversätze auf. Die Baubreiten liegen in der Regel bei 600 mm und die Bauhöhen sind in Schritten von jeweils 10 mm abgestuft von 90 mm bis 160 mm erhältlich. Die Querschnittswerte der Stahlkassettenprofile sind in amtlichen Prüfprotokollen festgehalten. Ihr Einsatz ist nach DIN 18807, Teil 1 und 3 sowie Anlage A1 geregelt (Abb. 15). Abb. 14: Klemmprofile für Dachdeckungen mit gerader Ausführung 9

10 Dokumentation 558 Abb. 15: Stahlkassettenprofile als tragende Wandinnenschale (links) und als Dachunterschale Stehfalzprofile sind in der Regel flach gehaltene Elemente mit vertikalen oder leicht geneigten Stegen, deren obere Längsränder als Falze ausgebildet sind. Sie werden nach der Verlegung mit den benachbarten Elementen je nach ihrer Querschnittsform entweder verklemmt oder maschinell verbunden. Die Verbindung mit der tragenden Unterkonstruktion erfolgt über Hafte, auch Klipps genannt, die mit Schrauben oder Nieten mit der tragenden Unterkonstruktion verbunden sind und die beim Schließen der Falze in diese eingebunden werden. Ausgangsmaterial ist 0,63 mm dickes Stahlblech, die Baubreiten liegen zwischen 305 mm und 600 mm bei Steghöhen von 50 mm bis 75 mm. Stehfalzelemente finden ihren Einsatz vorrangig als Dachdeckungen bei zweischaligen Metalldachkonstruktionen. Die zulässigen Lasten und Spannweiten von Stehfalzelementen werden aus Versuchsergebnissen hergeleitet, die als Grundlage für die Erteilung der erforderlichen bauaufsichtlichen Zulassungen dienen (Abb. 16). Paneele werden zur Gestaltung von Fassaden eingesetzt und sind in ihrer Querschnittsform den Kassettenprofilen ähnlich. Im Markt sind sie auch bekannt als Liner oder Sidings. Sie werden vorwiegend als Außenschale von zweischaligen Wandaufbauten, gelegentlich auch als Abdeckung der tragenden Wandinnenschale eingesetzt. Meist horizontal seltener auch vertikal verlegt, bilden sie einen optisch hochwertigen Wandabschluss. Die Verbindung mit der Unterkonstruktion erfolgt mit Schrauben oder Klammern sichtbar oder verdeckt. Die Breiten der 0,63 bis 1,50 mm dicken Bauteile bewegen sich zwischen 200 mm und maximal 500 mm mit Bauhöhen zwischen 20 mm und 50 mm. Die Oberfläche kann strukturiert sein, in Form von Linierungen, Mikrolinierungen oder durch eine Oberflächenprägung (stuccodessiniert). Hochwertigere Systeme verwenden als Distanzkonstruktion Einhangschienen, die auf die Querschnittsform der Fassadenelemente abgestimmt sind. Zulässige Belastungen, Spannweiten und die Lage und Anzahl der Verbindungen richten sich in der Regel nach den von den Herstellern zur Verfügung gestellten allgemeinen bauaufsichtlichen Prüfzeugnissen. Auf dem Markt ist eine Vielzahl unterschiedlicher Profilquerschnitte und Befestigungen, die dem Planer große Freiheit bei der Gestaltung geben (Abb. 17). Abb. 16: Stehfalzprofil aus Stahl als Deckung 10

11 Stahlleichtbau Die Bauweise mit Tradition Abb. 17: Paneelfassade auf systemeigener Halteschiene mm, gelegentlich auch von mm oder mm sowie Dicken von 40 mm bis 220 mm erhältlich. Die Dicke der Deckschalen variiert zwischen 0,40 mm und 0,50 mm für die innere und zwischen 0,50 und 0,63 mm für die äußere Schale (Abb. 18). Für den Einsatz in der Fassade weisen die Deckschalen je nach gewünschtem Erscheinungsbild unterschiedliche Oberflächenstrukturen auf. Sie sind liniert, mikroliniert, genutet, gesickt oder auch stuccodessiniert, wobei die innen liegenden Schalen in der Regel liniert sind. Gelegentlich kommen auch absolut flache Elemente zum Einsatz, z. B. unter Hygienebedingungen (Abb. 19). Sandwichelemente für die Dachdeckung verfügen in der Regel über einen Trapezprofilquerschnitt für die obere Deckschale, während die untere Deckschale wie bei den Wandelementen liniert sein kann. Dachelemente verfügen meist über einen Rippenabstand von 333 mm Sandwichelemente Mikroprofiliert Liniert Eben Sandwichelemente sind in der Regel kontinuierlich, gelegentlich auch in Stückfertigung hergestellte Bauelemente. Sie verfügen über Deckschalen aus Stahlblech und einen mit diesen schubsteif verbundenen Stützkern aus Hartschaumstoff. In der Regel ist es Polyurethan- Hartschaum in Rohdichten von 40 bis 45 kg/m 3, gelegentlich auch Polystyrol oder steife Mineralwolle mit Rohdichten von bis zu 125 kg/m 3. Neben der raumabschließenden und lastabtragenden Funktion dienen sie der Wärmedämmung. Grundlage für die Tragsicherheitsnachweise sind die in den bauaufsichtlichen Zulassungen veröffentlichten Materialkennwerte. Sandwichelemente sind in Baubreiten von Abb. 19: Strukturen von Deckschalen werden nach statischen oder ästhetischen Gesichtspunkten festgelegt E = Eben L = Linierung N = Nutung M = Mikroprofilierung T = Trapezprofilierung W = Wellprofilierung Abb. 18: Sandwichelemente für Dach und Wand 11

12 Dokumentation 558 Wand Dach Sichtbare Befestigung Verdeckte Befestigung Abb. 20: Längsrandausbildungen und Befestigungsarten von Sandwichelementen für Dach und Wand Je nach Längsrandausbildung werden die Sandwichelemente sichtbar mit der tragenden Unterkonstruktion verschraubt oder in einer verdeckten Befestigung geschraubt oder geklammert (Abb. 20) Formteile und Zubehör Zur Abdeckung von Dach-Wand-Anschlüssen, Gebäudeecken und Schnittstellen innerhalb der Dach- und Wandflächen werden Formteile eingesetzt. Ausgangsmaterial und Dicke, Querschnittsform, Korrosionsschutz und Farbgebung richten sich nach den eingesetzten Profiltafeln und den abzudeckenden Schnittstellen. Entsprechend vielgestaltig ist das Angebot an Formteilquerschnitten. Formteile werden projektbezogen geplant und gefertigt. Auf die Fertigung von Formteilen haben sich Betriebe spezialisiert, die eine reichhaltige Palette von Querschnittsformen anbieten (Abb. 21). Neben den Formteilen für einschalige Profiltafeln stellen Hersteller von Sandwichelementen den Planern auch Standardformteile in geschäumter Ausführung zur Verfügung. Hierzu gehören Attika- und Eckformteile für den Einsatz bei Wandaufbauten aus Sandwichelementen, die den Dachrandbereich oder die Gebäudeecke als eigenes gestalterisches Element hervorheben. Die Teile umfassen 45 - und 90 - Ecken, Polygonzüge oder gerundete Formen (Abb. 22). Abb. 21: Formteile für unterschiedliche Einsatzzwecke Rinnenprofile Strichlisenen Firstabdeckungen Attika- und Ortgangprofile Innen- und Außenecken Tropfprofile 12

13 Stahlleichtbau Die Bauweise mit Tradition Abb. 22: Beispiele für geschäumte, abgewinkelte, ebene und abgerundete Formteile für Sandwichelemente Abb. 23: Beispiele für Zubehörteile für den Einsatz im Stahlleichtbau Rohrmanschette, Oberlicht/RWA-Anlage, Lüfterfirst (von links) Auch gibt es eine Vielzahl von Zubehörteilen, die eigens für den Einsatz im Stahlleichtbau entwickelt wurden (Abb. 23) Verbindungselemente Verbindungselemente haben die Aufgabe, die Profiltafeln mit der Unterkonstruktion und auch miteinander zu verbinden. Dabei dürfen nur bauaufsichtlich zugelassene Verbindungselemente eingesetzt werden. Die Wahl der richtigen Verbindung oder des richtigen Befestigungssystems ist die Voraussetzung für die dauerhafte Standsicherheit und Dichtheit einer Verbindung. Für die Anwendung stehen dem Planer je nach Einsatzzweck die folgenden Befestigungs- und Verbindungselemente zur Verfügung (Abb. 24): Schrauben Gewindefurchende Schrauben Bohrschrauben Bohrschrauben mit Stützgewinde für die Befestigung von Sandwichelementen Niete Blindniete Becherniete Presslaschenblindniete Setzbolzen (nur für den Inneneinsatz geeignet) Abb. 24: Bauaufsichtlich zugelassene Verbindungselemente für den Stahlleichtbau Bezeichnung Typ des Sandwich Sandwich Profiltafel Längsstoß Querstoß Verbindungselementes auf Stahl-UK auf Holz-UK auf Stahl-UK Blech/Blech Blech/Blech Bohrschraube mit Stützgewinde Bohrschraube Gewindefurchende Schrauben Form B Form A Form B Form A Form A (Bauteile müssen vorgebohrt werden) Blindniete Presslaschenblindniet Setzbolzen Nur Inneneinsatz 13

14 Dokumentation 558 Bohrschraube zur Befestigung von Well- oder Trapezprofilen Bohrschraube zur Befestigung von Distanzprofilen in dünnwandigen Trapezprofilen > 0,63 mm Kalotte für den Einsatz bei Wellprofilen (Obergurtbefestigung) Kalotte für den Einsatz bei Trapezprofilen (Obergurtbefestigung) Abb. 25: Spezialschrauben und Zubehör Abb. 26: Beispiel für eine Tabelle aus dem Zulassungsbescheid Nr. Z Gewindefurchende Schrauben formen spanlos ihr Gewinde in das vorgebohrte Loch der Unterkonstruktion. Man unterscheidet gewindefurchende Schrauben mit Grobgewinde für Holz- und Stahlunterkonstruktionen bis 3 mm Dicke (Spitzenform A) und Schrauben mit Feingewinde für Stahlkonstruktionen über 3 mm Dicke (Spitzenform B). Bohrschrauben bohren zunächst ihr Kernloch und formen sich anschließend im gleichen Arbeitsgang das Gewinde. Man unterscheidet Bohrschrauben mit angeschweißter und solche mit eingesetzter Hartmetallspitze. Für nichtrostende Schrauben im Außeneinsatz sind grundsätzlich auch nichtrostende Unterlegscheiben einzusetzen, auf die Dichtscheiben aus EPDM aufvulkanisiert sind. Setzbolzen werden mithilfe von Bolzensetzgeräten, die eine Explosionskraft aus Treibkartuschen erzeugen, in die Stahlunterkonstruktion eingetrieben. Die Ladungsstärke richtet sich nach Dicke und Festigkeit der Stahlunterkonstruktion. Letztere muss eine Mindestdicke von 6 mm aufweisen. Die Verwendung von Setzbolzen ist nur für den Inneneinsatz bauaufsichtlich zugelassen. Blindniete aus Edelstahl oder Aluminium mit Edelstahldorn werden zum Verbinden von Profilblechen untereinander eingesetzt. Am besten geeignet ist hierfür ein Becherniet, bei dem der Nietdorn beim Setzen des Niets nicht herausgelöst wird. Nietverbindungen sind nur für Überdeckungen zulässig, die keinen temperaturbedingten Zwängungskräften unterliegen. Hinzu kommen Spezialschrauben zur Befestigung von Klipps für Stehfalzelemente sowie solche, deren Köpfe auf die Belange der architektonischen Gestaltung abgestimmt sind. Kalotten und angeformte Unterlegscheiben ermöglichen die Befestigung besonders weicher Profile durch deren Obergurte hindurch (Abb. 25). Die Verbindungselemente für den Stahlleichtbau sind bisher nicht genormt. Der Einsatz von Schrauben, Nieten und Setzbolzen ist durch die bauaufsichtlichen Zulassungsbescheide Nr. Z und Z des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) geregelt. Darin sind Schraubengeometrie, Materialzusammensetzung, Verarbeitungshinweise und die charakteristischen Beanspruchungen der Verbindungselemente als Funktion der Beanspruchungsart und der Dicke sowie der Materialgüte der zu verbindenden Bauteile geregelt. Für Konstruktionen aus Stahl sind die charakteristischen Schraubenkräfte auf Abscheren und Zug in zahlreichen Tabellen festgehalten (Abb. 26).

15 Vormaterial und Herstellung 2 Vormaterial und Herstellung 2.1 Oberflächenveredeltes Stahlblech für Flächenbauteile Ausgangsmaterial für die Herstellung von Profiltafeln und Formteilen ist oberflächenveredeltes Stahlband. Es wird in Qualitäten hergestellt, die das Umformen in Rollformanlagen, in Kantpressen oder auf Biegemaschinen ermöglichen, ohne die Oberfläche und damit den Korrosionsschutz des entstehenden Bauteils zu verletzen. Anlagen zur kontinuierlichen Herstellung von verzinktem Stahlband sowie Coil- Coating-Anlagen (in den 1950er Jahren entwickelt) bilden die Voraussetzungen für die erfolgreiche Stahlleichtbauweise. In Coil-Coating- Anlagen werden Stahlbänder kontinuierlich mit farbigen und zugleich schützenden Kunststoffüberzügen beschichtet. Planern und Architekten steht damit ein hochveredeltes Vormaterial für die optisch ansprechende Gestaltung ihrer Bauwerke zur Verfügung. 2.2 Anforderungen an Stahlgüten und Lieferformen Für die Herstellung von Well-, Trapez- und Kassettenprofilen, von Deckschalen für Sandwichelemente sowie Formteilen wird für die Kaltverformung geeigneter Stahl mit einer Streckgrenze von mindestens 280 N/mm 2 bis maximal 350 N/mm 2 verwendet. Die Stahlgüte ist Bestandteil der Querschnitts- und Bemessungswerte für Kassetten-, Well- und Trapezprofile und der Zulassungsbescheide für Sandwichelemente. Die bevorzugten Lieferformen für die Anwendung im Bauwesen sind Bänder in Dicken von 0,40 bis 3,00 mm und Breiten von 600 mm, und mm, zu Coils mit einem Gewicht von bis zu 30 t aufgerollt. Für die Herstellung von Flächenbauteilen werden im Allgemeinen Dicken von 0,63 mm bis zu 1,50 mm für Trapez- und Kassettenprofile und von 0,40 mm bis zu 0,75 mm für die Deckschalen von Sandwichelementen verwendet (Abb. 27). 2.3 Anforderungen an den Korrosionsschutz Profiltafeln und Formteile sind Umwelteinflüssen bei ständig wechselnden Witterungsbedingungen ausgesetzt. Ihrem dauerhaften Schutz vor Korrosion kommt eine herausragende Bedeutung zu. Mit oberflächenveredeltem Abb. 27: Coillager Feinblech, das zusätzlich zu seinem metallischen Überzug mit einer organischen Beschichtung unterschiedlicher Güte ausgestattet werden kann, stehen Korrosionsschutzsysteme zur Verfügung, mithilfe derer ein auf die jeweiligen Randbedingungen abgestimmter maßgeschneiderter Korrosionsschutz für die dünnwandigen Bauteile hergestellt werden kann. Die Schutzwirkung eines Korrosionsschutzsystems ist im Wesentlichen abhängig von: der korrosiven und mechanischen Beanspruchung während der Nutzungsdauer, der Art und der Dicke des metallischen Überzuges und des organischen Beschichtungssystems, der Oberflächenvorbehandlung vor dem jeweiligen Veredelungsschritt, den Applikationsbedingungen, den bei der Bauteilherstellung und bei Transport, Lagerung und Montage wirkenden Einflüssen. Hilfestellung für die richtige Auswahl des Korrosionsschutzsystems für dünnwandige Stahlbauteile bis zu 3 mm Dicke liefern: DIN , Korrosionsschutz von tragenden dünnwandigen Bauteilen (die Norm wird zum Zeitpunkt der Drucklegung dieser Dokumentation überarbeitet; bei Erscheinen erhält sie die neue Nummer DIN 55634) DIN , Trapezprofile im Hochbau Zur Auswahl geeigneter Beschichtungssysteme liefert die DIN eine Aufstellung der zu beachtenden Korrosionsschutzklassen, die je nach Korrosionsbelastung, Schutzdauer und Zugänglichkeit des Bauteils mit I, II oder III anzusetzen sind (Abb. 28). 15

16 Dokumentation 558 Lfd. Korrosions- Schutzdauer Zugänglichkeit Korrosions- Nr. belastung schutzklasse 1) 1 2 C1 unbedeutend C2 gering kurz zugänglich mittel oder lang unzugänglich I kurz mittel zugänglich lang unzugänglich III 3 C3 mäßig kurz mittel lang zugänglich unzugänglich II 4 C4 stark kurz zugänglich mittel oder lang unzugänglich III 5 C5-I, C5-M sehr stark kurz mittel zugänglich 6 C5-I, C5-M zugänglich oder siehe DIN , lang sehr stark unzugänglich Absatz (7) 1) Bei der Festlegung der Korrosionsschutzklasse hat die jeweils höhere Anforderung aus den Spalten Schutzdauer und Zugänglichkeit Vorrang (z.b. geringe Belastung, lange Schutzdauer, zugänglich: Korrosionsschutzklasse III). Abb. 28: Korrosionsschutzklassen in Abhängigkeit von Korrosionsbelastung, Schutzdauer und Zugänglichkeit nach DIN , Tabelle 2 Unter der Schutzdauer versteht man die Zeitspanne, innerhalb derer ein Korrosionsschutzsystem seine Schutzfunktion erfüllt. In der Regel gilt, dass die Schutzdauer überschritten ist, wenn mehr als 5 % der Blechoberfläche Merkmale aufweisen, die auf einen Abbau des Grundwerkstoffes hinweisen. Hierzu gehören das Auftreten von Rotrost, die Unterwanderung der Beschichtung an Schnittflächen und Beschädigungen und das Auftreten von Rissen mit Ablösung der Beschichtung. Demgegenüber weisen Erscheinungen wie Glanzverlust, Auskreidung und Farbtonveränderungen zwar auf den beginnenden Abbau der organischen Beschichtung hin, der das ästhetische Erscheinungsbild beeinträchtigen kann, eine Gefährdung der Standsicherheit durch Abbau des Grundwerkstoffs ist damit aber nicht gegeben. Die Zusammensetzung des Korrosionsschutzes, der die Anforderungen der jeweiligen Korrosionsschutzklasse erfüllt, ist in DIN wie folgt vorgegeben: K I: Metallischer Überzug Z 275 oder ZA 255 K II: Metallischer Überzug wie bei K I und zusätzliche organische Beschichtung mit einer Dicke von zumindest 12 µm. Die DU-(Deckenuntersicht)- und die RSL- (Rückseiten-Schutzlack)-Beschichtung erfüllen die Anforderungen der Kategorie KII. K III: Metallischer Überzug wie bei K I und zusätzliche organische Beschichtung mit einer Dicke von zumindest 25 µm. Die Anforderungen dieser Korrosionsschutzklasse werden auch vom metallischen Überzug AZ 185 ohne zusätzliche Kunststoffbeschichtung erfüllt. In DIN , Tabellen 1 und 2, werden die einzelnen Korrosionsschutzklassen den Bauteiloberflächen je nach ihrer Lage und Zugänglichkeit in Dach- und Wandaufbau zugeordnet (Abb. 29 und 30). 16

17 Vormaterial und Herstellung Schmelztauchveredelungsverfahren Seit etwa der Mitte des 18. Jahrhunderts ist bekannt, dass eine Oberflächenverzinkung in der Lage ist, Korrosion am Stahlkern zu unterbinden. Der Schutz des Stahlkerns vor Korrosion wird dadurch bewirkt, dass bei der Bewitterung das im Überzug enthaltene Zink eine schützende und festhaftende Deckschicht aus Korrosionsprodukten bildet. Wegen des Kohlendioxydgehaltes der Luft bestehen diese vorwiegend aus basischen Zinkcarbonaten, die im Laufe der Zeit durch Wind und Wetter flächig abgetragen werden, sich jedoch ständig aus dem darunter befindlichen Zink erneuern. Überzüge auf Zinkbasis verbrauchen sich daher im Laufe der Zeit, sofern sie nicht durch zusätzliche Maßnahmen, z. B. eine zusätzliche Kunststoffbeschichtung, geschützt werden. Der Abtrag wird in starkem Maße vom Typ der Atmosphäre, in dem sich das Bauelement befindet, beeinflusst. Von großem Einfluss ist dabei der ph-wert eines möglichen Elektrolyten. Eine Ausnahme hiervon stellt die Legierverzinkung AlZn 55 % dar, die mit der Auflage AZ 185 ohne eine zusätzliche organische Beschichtung der freien Bewitterung auch in Meeres- und Industrieatmosphäre ausgesetzt werden kann. Wird das mit einem metallischen Überzug versehene Stahlblech durch Schneiden oder Sägen geteilt, entstehen Schnittflächen, an denen das Grundmaterial Stahl dann wiederum durch den sogenannten kathodischen Schutz vor Korrosion geschützt wird. Dieser Schutz kommt K III K III K ll (K lll bei Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit) Sandwichelement nach Zulassungsbescheid K ll (K III bei Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit) Sandwichelement nach Zulassungsbescheid K III K III K II K I (K III) K II K III K II K III K II Nach DIN 18516, Teil 1, Außenwandbekleidung Einschaliges Dach (Wetterdach) Warmdach mit oberseitigen Abdichtungsbahnen Ungedämmte Wand Metallische Bekleidung auf Mauerwerk oder Beton K III K II K III K II K I (bei vorwiegend geschlossenen und trockenen Räumen) (K III) K III K I (K III) K II (K III) K I (K III) K II (K III) K II K I (K III bei Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit) Wärmegedämmtes unbelüftetes zweischaliges Metalldach Wärmegedämmtes belüftetes zweischaliges Metalldach Zweischalige wärmegedämmte Wand Abb. 29: Korrosionsschutz für Dachsysteme (Regelfälle) nach DIN , Tabelle 1 Abb. 30: Korrosionsschutz für Wandsysteme (Regelfälle) nach DIN , Tabelle 2 17

18 Dokumentation 558 Abb. 31: Kathodische Schutzwirkung bei den metallischen Überzügen Z, ZA und AZ Barrierewirkung gegen korrosionsfördernde Medien durch eine dichte festhaftende Deckschicht Zinkcarbonat Elektrolyt Elektrolyt H 2 O O 2 H 2 O O 2 gelöste Salze gelöste Salze H 2O O 2 Deckschicht Zinkcarbonat Deckschicht Zink Zink Zn 2+ Zn2+ Zink Stahl Kathodischer Schutz des Stahls bei Verletzung des Zinküberzugs und an Schnittflächen e OH - e e e e e e e e ee Stahl dadurch zustande, dass ein Austausch von Ladungsträgern in einem Elektrolyten stattfindet, so dass sich bei üblicher Bewitterung kaum Korrosionserscheinungen einstellen. Der gleiche Schutzvorgang stellt sich auch bei einer Verletzung der Oberfläche im Stahlband ein und wirkt so lange, bis sich das Zink im Laufe der Schutzwirkung aufgeopfert hat (Abb. 31). Der Schutzvorgang ist bei der Legierverzinkung AlZn 55 % (AZ) prinzipiell gleich, allerdings wird das sich Aufopfern des Zinks aufgrund seiner Einlagerung in ein Aluminiumgitter zeitlich gestreckt. Dadurch wird die hohe Schutzdauer auch ohne zusätzliche organische Beschichtung erreicht (Abb. 32). In der Baupraxis werden drei unterschiedliche Arten von metallischen Überzügen auf Zinkbasis gemäß DIN EN unterschieden: Feuerverzinkung Z 275 Auf das Stahlband wird eine beidseitige Zinkauflage von insgesamt 275 g/m 2 aufgebracht. Dies entspricht einer Schichtdicke von ca. 20 µm je Seite. Die Einstufung dieses Überzuges erfolgt nach DIN in die Korrosionsschutzklasse I. Legierverzinkung GALFAN ZA 255 Dieser Zink-Aluminium-Überzug besteht aus einer Legierung aus 95 % Zink und 5 % Aluminium sowie geringen Mengen von Mischmetallen. Der Zink-Aluminium-Überzug ZA 255 zeigt gegenüber der Feuerverzinkung Z 275 ein verbessertes Umformverhalten und eine leicht verbesserte Korrosionsbeständigkeit. Die Auflage von 255 g/m 2 entspricht einer Schichtdicke von 20 µm je Seite. Die Einstufung dieses Überzuges erfolgt nach DIN in die Korrosionsschutzklasse I. Legierverzinkung AlZn 55 % GALVALUME (AZ 185) Der Begriff AlZn 55 % wird als Bezeichnung für den metallischen Überzug verwendet. Dieser besteht aus einer Legierung aus 55 % Aluminium, 43,4 % Zink und 1,6 % Silizium. Typische Auflagegruppen sind AZ 185 (185 g/m 2, entsprechend 25 µm je Seite) und AZ 150 (150 g/m 2, entsprechend 20 µm je Seite). Die Einstufung des Überzuges AZ 185 erfolgt in die Korrosionsschutzklasse III, daher ist zum Erreichen dieser Schutzklasse keine weitere organische Beschichtung erforderlich. Legierverzinkung ZnMg Eine Neuentwicklung stellt der Zink-Magnesium-Schmelztauchüberzug dar. Er besteht aus einer Zinklegierung mit einem Magnesiumanteil von etwa 1 bis 2 % und einer Zugabe von Aluminium. Durch das spezifisch günstige Abb. 32: Schematische Darstellung der Überzüge im Querschnitt Zinküberzug Zn/Fe-Legierungs-Phasen AI 5 Fe 2 -Sperrschicht (ca. 50 μm) Stahl ZnAl5- Eutektikum Zn- Primärkristalle Stahl primäre Al-reiche Dendriten Zn-reiche interdendritische Phase Ausscheidungen Si- Stahl Feuerverzinkt Z GALFAN ZA GALVALUME AZ 18

19 Vormaterial und Herstellung Kühlung Reinigen Ofenanlage Glühen Abkühlen Abstreifdüsen Nachbehandlung Auslauf Schmelze Veredelungsteil Einlauf Abb. 33: Schema einer kontinuierlich arbeitenden Bandverzinkungsanlage Korrosionsverhalten des Zink-Magnesium- Überzugs gegenüber den herkömmlichen Zinkbzw. Zink-Aluminium-Legierungs-Überzügen kann eine niedrige Auflage eingesetzt werden. Es bestehen für dieses Produkt bereits Bauaufsichtliche Zulassungen beim Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) in Berlin. Feuerverzinktes Feinblech wird seit 1959 in der Bundesrepublik Deutschland auf kontinuierlich arbeitenden Breitbandveredelungsanlagen hergestellt. Hier erhält das Stahlband als erste Stufe zum Korrosionsschutz einen metallischen Überzug. Das Stahlblech mehrere zu einem endlosen Band zusammengeheftete Coils durchläuft kontinuierlich verschiedene Vorbehandlungsstufen Reinigungs-, Vorwärm-, Reduktions- und Angleichungszonen, ehe es im Zinkbad bei ca. 450 C seinen metallischen Überzug erhält. Die gewünschte Zinkauflage wird durch spezielle Düsenabstreifvorrichtungen gezielt eingestellt (Abb. 33). Das verzinkte Feinblech kann zur Verbesserung von Oberfläche und Planlage mit geeigneten Walzen dressiert werden. Im Nachbehandlungsteil moderner Schmelztauchveredelungsanlagen kann zur Vermeidung von Weißrostbildung bei Transport und Lagerung das verzinkte Band chemisch passiviert werden. Nach dem Aufbringen einer Legierverzinkung AlZn 55 % empfiehlt es sich, die Oberfläche zum Schutz gegen Griffflecken mit einer dünnen Antifingerprint- Beschichtung auf Polyacrylatbasis zu versiegeln Organische Beschichtungen Metallische Überzüge aus Zink Z 275 und ZA 255 müssen aufgrund ihres mit dem Außeneinsatz verbundenen stetigen Zinkabtrags gegen das Abwittern geschützt werden. Dies geschieht durch das Aufbringen einer organischen Beschichtung (Kunststoffbeschichtung). Die Beschichtung kann alternativ als Flüssigbeschichtung, als Folienbeschichtung oder als Pulverbeschichtung auf das Band mit dem metallischen Überzug aufgebracht werden (Abb. 34). Beschichtungsstoff (ca μm) Primer (ca μm) Vorbehandlung (ca. 1 μm) Zinkauflage (2,5 25 μm) Stahlkern (Ober- und Unterseite) Zinkauflage (2,5 25 μm) Vorbehandlung (ca. 1 μm) Rückseitenlack (5 10 μm) Oberseite Unterseite Abb. 34: Schematischer Aufbau von bandbeschichtetem Feinblech 19

20 558 Bausysteme aus Stahl_6b :09 Uhr Seite 20 Dokumentation 558 Laminierstation Reinigung und Vorbehandlung Auslauf Ofen 2 Ofen 1 Einlauf Beschichtungsstation 2 Beschichtungsstation 1 Abb. 35: Schema einer kontinuierlich arbeitenden Bandbeschichtungsanlage Neben dem Beschichten der fertigen Bauteile im Spritzverfahren hat sich die industrielle Herstellung von beschichtetem Vormaterial in der kontinuierlich arbeitenden Bandbeschichtung (Coil-Coating-Verfahren) durchgesetzt. In einem kontinuierlichen Anlagendurchlauf wird die Metalloberfläche des schmelztauchveredelten Trägermaterials gereinigt, chemisch vorbehandelt und mit flüssigen organischen Beschichtungsstoffen ein- oder mehrschichtig durch Walzenauftrag mit anschließender Wärmetrocknung beschichtet oder mit Kunststofffolie unter Verwendung von wärmeaktivierten Klebstoffen laminiert. Das Auftragen mit Beschichtungswalzen ergibt sehr gleichmäßige, dichte und homogene Beschichtungen bei relativ geringen Schichtdicken (Abb. 35). Schutzdauer der Verzinkung 20 Schutzdauer des Lackes Gesamtschutzdauer durch Synergieeffekt Zink + Lack Die Schichtdicken sind vom eingesetzten Beschichtungsstoff und von der späteren Nutzung abhängig. Üblicherweise liegen die Schichtdicken bei Flüssigbeschichtungen bei 25 µm. Folienbeschichtungen können je nach Folienart zwischen 40 und 300 µm liegen. Die wichtigsten für den Außeneinsatz infrage kommenden Beschichtungsstoffe sind in Abb. 36 mit ihren üblichen Schichtdicken und Kurzzeichen dargestellt. Durch den Auftrag der Kunststoffbeschichtung auf das schmelztauchveredelte Trägermaterial entsteht das sogenannte DuplexSystem, bei dem sich die beiden Schutzschichten aus metallischem Überzug und zusätzlicher organischer Beschichtung in hervorragender Weise ergänzen (Abb. 37). Wenn besondere Beanspruchungen bei Transport, Lagerung, Verarbeitung oder Montage zu erwarten sind, kann das oberflächenveredelte Band bei der Herstellung mit einer abziehbaren Schutzfolie versehen werden. Die Schutzfolie wird im Allgemeinen einseitig und unmittelbar nach der Beschichtung aufgebracht. Sie sollte daher erst am fertig montierten Bauteil abgezogen werden, spätestens jedoch einen Monat nach der Montage. In jüngster Zeit wird sowohl außen als auch innen die Pulverbeschichtung auf Polyesterbasis mit Schichtdicken bis zu ca. 60 µm eingesetzt. Abb. 37: Korrosionsschutzdauer Duplex-System

21 Vormaterial und Herstellung Beschichtungsstoff Kurz- Üblicher Bereich Übliche zeichen 2) der Gesamt- Gesamtschichtschichtdicke 3) dicke 3), 4) µm µm Flüssigbeschichtung 5) Allgemeine Systeme 1) Acrylat AY 5 25 Epoxid EP Polyester 6) SP Silikonmodifizierter Polyester SP-SI Polyamidmodifizierter Polyester SP-PA Polyester mit hoher Dauerbeständigkeit (High-durable Polymers) HDP Polyamidmodifizierter Polyester mit hoher Dauerbeständigkeit HDP-PA Polyurethan 6) PUR Polyamidmodifiziertes Polyurethan PUR-PA Polyvinylidenfluorid PVDF Polyvinylchlorid Plastisol 6) PVC(P) ) ) Spezielle Systeme 7) Spezialhaftvermittler SA 5 15 Schweißgeeignete Zinkstaubgrundierung 11) ZP 2 7 Schweißgeeignete Grundierung mit leitenden Pigmenten außer Zink 11) CP 1 15 Wärmebeständiges Antihaftsystem HRNS Folienbeschichtung 8) Polyvinylchlorid 9) PVC(F) ) ) Polyvinylfluorid PVF(F) Polyethylen PE(F) 12) Polypropylen PP(F) 12) Polyethylenterephthalat PET(F) 12) Kondenswasseraufnehmendes System Faservlies aus Polyester-Zellulose CA(F) > ) Bei diesen Beschichtungsstoffen handelt es sich im Allgemeinen um die Nennung des typischen kennzeichnenden Kunstharzes bzw. Kunststoffs ohne Berücksichtigung von Copolymeren bzw. Polymergemischen. 2) Die Kurzzeichen wurden entsprechend denen nach DIN EN bzw. sinngemäß gewählt. 3) Ohne Berücksichtigung zusätzlicher temporärer Schutzfolien. 4) Übliche Nennschichtdicke, falls bei der Bestellung nicht anders vereinbart. 5) Die Beschichtungen mit Schichtdicken von 15 µm und darüber werden üblicherweise als Zweischichtensysteme (Grund- und Deckbeschichtung) aufgebracht, wobei deren Art und Zusammensetzung unterschiedlich sein können. 6) Auch in geprägter oder texturierter Form erhältlich. 7) Bei diesen Beschichtungsstoffen musste auf die Nennung des typischen Kunstharzes einschließlich seines zugehörigen Kurzzeichens verzichtet werden, da hier die funktionelle Wirkung in den Vordergrund tritt. Die hier aufgeführten Kurzzeichen, die bisher nicht genormt sind, haben eine Beziehung zur Funktion. 8) Ohne Klebfilmdicke, die etwa 10 µm beträgt. 9) Erhältlich in einfarbiger oder bedruckter sowie geprägter Form. 10) Bei Beschichtung mit PVC-Folien oder PVC-Plastisol handelt es sich um die Schichtdicke einschließlich einer eventuellen Prägung, d.h. um die Mikrometerdicke. 11) Die Systeme CP und ZP werden nach heutigem Sprachgebrauch als schweißgeeignete Korrosionsschutzprimer bezeichnet. 12) Kombinationen aus einem zweischichtigen Lackaufbau mit einer PE-, PP- oder PET-Folie bezeichnet man als Colaminate. Abb. 36: Gebräuchlichste organische Beschichtungsstoffe von Lack- und Foliensystemen 21

22 Dokumentation 558 Abb. 38: Rollformanlage für Stahltrapezprofile Sie kann sowohl im Bandbeschichtungsverfahren als auch auf das fertige Bauteil aufgebracht werden. Diese Art der organischen Beschichtung ist aufgrund ihrer größeren Schichtdicken unempfindlicher gegenüber mechanischen Einwirkungen. Eine vor dem Umformen aufgebrachte Pulverbeschichtung verhält sich hinsichtlich der Abwitterung wie eine Flüssigbeschichtung in gleicher Schichtdicke. Wird die Pulverbeschichtung dagegen nach dem Umformen aufgebracht, kann mit einem verbesserten Schnittkantenschutz gerechnet werden. Allerdings muss aufgrund der Flankenneigung der Profilstege mit örtlich unterschiedlich dicken Schichten gerechnet werden. Der Außeneinsatz von Pulverbeschichtungen im Bauwesen ist zwar schon üblich, aber noch nicht durch Normen geregelt. 2.4 Herstellung der Bauteile Herstellung von einschaligen Profiltafeln Einschalige Profiltafeln wie Well-, Trapezund Kassettenprofile sowie Paneele werden heute in kontinuierlich arbeitenden Rollformanlagen aus oberflächenveredeltem Stahlblech nach DIN EN (vormals DIN EN 10326), mindestens Stahlsorte S280 GD, in Blechdicken von 0,50 bis 1,50 mm und Stahlbandeinlaufbreiten von bis ca mm profiliert (Abb. 38). Die verwendeten Rollformer bestehen aus einer Abhaspelvorrichtung, einer bestimmten Anzahl hintereinander angeordneter Walzenpaare, einer Abläng- und einer Stapelvorrichtung. Das oberflächenveredelte Stahlblech wird an der Haspel vom Coil abgerollt und durch stufenweises Umformen durch die Walzenpaare bis hin zur fertigen Profiltafel bei Geschwindigkeiten bis zu ca. 70 m/min profiliert. Die Geometrie bestimmt die Anzahl der Umformstationen, d.h., je höher, breiter oder komplizierter ein Profil ist, umso mehr Stationen sind für die Profilierung erforderlich. Die Ablängung erfolgt, je nach Anlagentyp, entweder hinter der Haspel in noch flachem Zustand oder nach dem Profilieren durch eine profilfolgende Schere. Durch Austausch der Walzensätze sind auf einem Rollformer unterschiedliche Querschnittsformen herstellbar. Rollformer neuerer Bauart verfügen über sogenannte Revolvereinrichtungen mit unterschiedlichen Rollensätzen, die je nach Bedarf in kurzer Zeit einschwenkbar sind. Dadurch reduzieren sich beim Profilwechsel die Rüstzeiten in der Produktion auf wenige Minuten. Eine optimale Anpassung von Materialdicke, Stahlgüte, Oberflächenveredelung, Farbton und Bauteillänge ist von den örtlichen Gegebenheiten und den Kundenanforderungen abhängig. Deshalb wird keine Vorratshaltung von Profiltafeln betrieben, sondern die Produktion erfolgt auf Bestellung des Kunden Herstellung von Sandwichelementen Die Herstellung der Sandwichelemente erfolgt auf kontinuierlich arbeitenden Fertigungsanlagen, die je nach Elementdicke mit Geschwindigkeiten von 4 bis 8 m/min einen Endlosstrang produzieren. Von zwei Abhaspelstationen laufen zu Beginn die oberflächenveredelten Stahlbänder in zwei übereinander angeordnete Profilierer. Dabei werden zuerst die Flächen und anschließend die Ränder verformt. In der nachgeschalteten Schäumstation erfolgt durch Zugabe der flüssigen Polyurethan-Komponenten das Einschäumen der Kerndämmung. Die Elementdicke wird durch mitlaufende Stahl-Plattenbänder fixiert. Eine der Bandgeschwindigkeit angepasste Säge ermöglicht millimetergenaues Ablängen der Bauteile nach Vorgabe des Kunden. Über eine Abkühlstrecke, 22