Zur Herstellung von U-Profilen aus Edelstahl und Winkelprofilen gibt es unterschiedliche Fertigungsverfahren, die den jeweiligen Bedarf abdecken. Welche Ausführung eingesetzt werden sollte, lässt sich anhand der folgenden Unterschiede bestimmen.
Kantprofile (Kaltumformung)
Kantprofile werden bei Raumtemperatur aus Flachstahl mechanisch zur gewünschten Form verformt. Dieses Fertigungsverfahren wird auch als „Kaltumformung“ bezeichnet. Übliche Querschnitte für strukturelle Anwendungen sind U-Profile und Winkelprofile.
Daneben gibt es auch quadratische und rechteckige Hohlprofile, die jedoch einer eigenen Produktkategorie angehören.
Der Kantprozess
Abkanten ist ein sehr kosteneffizientes und schnelles Fertigungsverfahren. Als Vormaterial kommen gewöhnlich geslittete oder gescherte Flachstähle vom Coil oder Blech zum Einsatz.
Beim Kantprozess wird ein Teil des Flachstahls mit einer starken Presse auf einen bestimmten Winkel gebogen. Ein Stempel drückt den Flachstahl an der Biegestelle in eine Matrize. Die Öffnung der Matrize bestimmt dabei den Biegeradius.
Grenzen von Kantprofilen
Natürlich gibt es Einschränkungen beim Biegeradius. Diese hängen vom Material und seinen mechanischen Eigenschaften, von der Materialstärke sowie von der Leistung der Presse ab.
Die Profillänge richtet sich nach der Nutzlänge der Presse. Üblicherweise sind sieben bis acht Meter möglich, es gibt jedoch auch Pressen mit zwölf bis 13 Metern Länge.
Der mögliche Abmessungsbereich ist relativ flexibel. Grenzen ergeben sich aus den Schenkellängen; sehr kurze Schenkel sind nicht immer realisierbar. Selbstverständlich bleibt die Wandstärke bei Steg und Flanschen konstant.
Ein weiterer Vorteil dieses Fertigungsverfahrens sind gute Toleranzen. Gekantete Winkelprofile sind aufgrund ihrer gerundeten Kanten leichter. Gleiches gilt für U-Profile mit denselben Abmessungen wie warmgewalzte oder lasergeschweisste Profile.
Auswirkungen der Kaltumformung
Die gerundeten Kanten haben jedoch auch einen Nachteil: Sie erschweren die Befestigung von Bolzen und Muttern, angeschweissten Laschen oder Stehbolzen nahe der Kante, also im steifsten Bereich des Profils.
Ein weiterer Nebeneffekt der Kaltumformung sind die Spannungen, die im Material entstehen. Dies ist unproblematisch, solange diese Eigenspannungen nicht freigesetzt werden. Wird ein kaltgeformtes Profil erhitzt, lösen sich die inneren Spannungen und das Profil kann sich stark verformen, seine Geradheit verlieren und sich verdrehen. Dies geschieht beispielsweise beim Anschweissen von Laschen, Versteifungen oder Stehbolzen sowie bei mechanischer Bearbeitung,
Aus diesem Grund ist das Abkanten zwar eine kostengünstige, technisch jedoch suboptimale Lösung, wenn die Profile beispielsweise für Rohrleitungsgerüste oder geschweisste Unterkonstruktionen eingesetzt werden.
Warmgewalzte Edelstahlprofile
Als Alternative gibt es warmgewalzte Winkelprofile und U-Profile. Diese sind in Standardlängen von sechs Metern erhältlich und generell nur in den austenitischen Edelstahlgüten 304 (1.4301/1.4307) und 316L/Ti (1.4404/1.4571).
Es steht eine breite Auswahl an Standardabmessungen zur Verfügung, Sonderanfertigungen sind jedoch nicht erhältlich.
Diese Profile sind lösungsgeglüht und verfügen sowohl über einen Aussen- als auch einen Innenradius. Beim Schweissen oder bei mechanischer Bearbeitung treten nahezu keine Spannungsfreisetzungen auf.
Dies ist das wirtschaftlichste Fertigungsverfahren. Das Material ist üblicherweise ab Lager verfügbar.
Eigenschaften des Warmwalzens
- In einer breiten Palette von Standardabmessungen verfügbar, jedoch keine Sonderformen
- Lösungsgeglüht mit Aussen- und Innenradien für verbesserte Verarbeitungseigenschaften
- Wirtschaftlich und häufig ab Lager verfügbar.
Grenzen des Warmwalzens
- Standard-Stangenlänge auf 6 Meter begrenzt.
- Begrenzte Auswahl an Materialgüten, hauptsächlich gängige austenitische Edelstähle
- Keine Sonderabmessungen oder Sonderformen möglich.
Lasergeschweisste U-Profile und Winkelprofile
Laserschweissen ist das flexibelste, allerdings auch das aufwendigste der drei Fertigungsverfahren. Es eignet sich ideal für massgeschneiderte Projekte, bei denen Präzision und Gestaltungsfreiheit im Vordergrund stehen.
Vorteile
- Freie Gestaltung von Profilform und Abmessungen.
- Möglichkeit, unterschiedliche Materialstärken für Steg und Flansche zu kombinieren.
- Stangenlängen bis zu 16 Metern.
- Nahezu alle Edelstahlgüten können verarbeitet werden, mit Ausnahme martensitischer Edelstähle.
- Möglichkeit, unterschiedliche Materialgüten zu kombinieren („Schwarz-Weiss“-Verbindungen).
- Minimaler innerer Schweissnahtwulst und scharfe Kanten.
- Sehr enge Mass- und Formtoleranzen.
Technische Vorteile
Im Gegensatz zum Abkanten werden beim Laserschweissen nahezu keine Spannungen in das Material eingebracht, sodass bei einer späteren Erwärmung durch Schweissen oder mechanische Bearbeitung keine unkontrollierten Eigenspannungen freigesetzt werden.
Lasergeschweisste U-Profile und Winkelprofile werden mit sehr engen Toleranzen gefertigt. Sie sind scharfkantig und verfügen über einen minimalen inneren Schweissnahtwulst.
Alle diese unterschiedlichen Fertigungsverfahren haben ihre jeweiligen Vorteile und Schwächen. Zusammen gewährleisten sie jedoch eine hohe Verfügbarkeit von Edelstahlprofilen und ermöglichen die Erfüllung projektspezifischer Anforderungen.
Vergleichstabelle: Die wichtigsten Fertigungsverfahren
| Verfahren | Vorteile | Einschränkungen | Typische Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Abkanten (Kaltumformung) |
– Kostengünstig und schnell – Gute Masshaltigkeit – Flexible Länge (bis ca. 13 m) |
– Gerundete Kanten können Befestigungen erschweren – Eigenspannungen können beim Erhitzen Verformungen verursachen – Nur konstante Wandstärke möglich |
Strukturelle U-Profile, Winkelprofile, allgemeine Rahmenkonstruktionen, Projekte mit mittleren Präzisionsanforderungen |
| Warmgewalzt |
– Wirtschaftlich bei Standardprofilen – Minimale Spannungsfreisetzung bei der Verarbeitung – Lagerverfügbarkeit in gängigen Güten |
– Länge auf 6 m begrenzt – Begrenzte Güten und Abmessungen – Keine Sonderformen |
Standardkonstruktionen, allgemeine Infrastruktur, Anwendungen mit robusten Standardabmessungen |
| Lasergeschweisst |
– Höchste Gestaltungsfreiheit – Präzise Toleranzen und scharfe Kanten – Kombination unterschiedlicher Güten und Materialstärken möglich – Längen bis zu 16 m |
– Höhere Kosten gegenüber anderen Verfahren – Nicht für martensitische Güten geeignet |
Architektonische Anwendungen, kundenspezifische Engineering-Lösungen, hochpräzise Strukturbauteile |
Zusammenfassung
Durch den Vergleich der drei wichtigsten Fertigungsverfahren Abkanten, Warmwalzen und Laserschweissen können Ingenieure und Planer fundierte Entscheidungen anhand von Kosten, Präzision, Flexibilität und den projektspezifischen technischen Anforderungen treffen. Montanstahl bietet sowohl fachkundige Beratung als auch die entsprechenden Fertigungsmöglichkeiten, um für jede Anwendung das passende Verfahren einzusetzen.