Stahl ja oder nein? Das sollten Konstrukteure & Produktentwickler beachten

Der Eiffelturm ist eine wahre Meisterleistung aus Stahl. Das 1889 fertiggestellte Wahrzeichen von Paris besteht aus mehr als 18.000 Bauteilen und ist bis heute ein Magnet für Besucher aus der ganzen Welt. 7.300 Tonnen Stahl wurden von Gustave Eiffel und seinen Mannen verbaut, die aus dem festen und elastischen Metall eine luftige und langlebige Konstruktion erschufen. Seit mehr als 130 Jahren hält die “Alte Eisendame” nun schon den Strapazen des Wetters, der Politik und der bis zu 32.000 Paar Füße pro Tag stand.  

Was der Konstrukteur aus Frankreich einst erkannte, ist bis heute unbestritten: Stahl ist ein Material mit vielfältigen Vorteilen für Bauteile unterschiedlichster Anwendungsbeispiele. Trotzdem hat es auch seine Nachteile und ist nicht immer die beste Wahl. Einen Überblick über die Pros & Cons des langlebigen Metalls lesen Sie daher im Folgenden.  

Vorteile von Stahl für Konstrukteure & Produktentwickler 

• Statische Tragfähigkeit & Elastizität 
  Stahlkonstruktionen weisen i.d.R. eine hohe statische Tragfähigkeit auf, die über sehr lange Zeit erhalten bleibt. So müssen beispielsweise die Vertikalträger von Photovoltaikanlagen unter freiem Himmel sowohl große Lasten tragen als auch starke Umwelteinflüsse über viele Jahre und alle Jahreszeiten hinweg aushalten. Aufgrund des hohen E-Moduls von Stahl, kommt der elastische Rohstoff überall dort zum Einsatz, wo auch über größere Flächen eine hohe Tragfähigkeit gewährleistet sein muss. Beispielsweise wurde der Plenarsaal im Berliner Reichstagsgebäude mit einer kugelsicheren Glasfassade ausgestattet und nur Stahl kann diese schwere und dicke Glasfront über eine so hohe Spannweite tragen. 
  
  
• Langlebigkeit: 
  Der Rohstoff Stahl ist sehr langlebig, aber natürlich auch nicht vor sämtlichen äußeren Einflüssen gefeit. So musste etwa der Eiffelturm bereits mehrfach aufgrund von Korrosionen mit einem Schutzanstrich gegen Korrosion geschützt werden. Bei manchen Stählen wird genau diese Reaktion sogar provoziert, wie beispielsweise beim wetterfesten Baustahl (Markenname "COR-TEN®. Dieser wird in der Baukonstruktion besonders gerne für ästhetisch-dekorative Zwecke innen und außen verwendet, da die phosphorhaltige Stahllegierung einen oberflächlichen Rost-Effekt aufweist, ohne vollends zu rosten. Diese Oxidschicht ist also eine Schutzschicht, wodurch Bauteile eine hohe Langlebigkeit haben. 
  
  
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• Vielfalt an Legierungen: 
  Das Rohmaterial Stahl lässt sich mithilfe von Legierungselemente hervorragend vervielfältigen und für unterschiedlichste Anwendungen optimieren. So werden heutzutage in der Automobilbranche höchstfeste Legierungen für Crashabsorptionselemente verwendet. Diese und andere Güteformen entstehen nicht selten aufgrund von neuen Anforderungen, die mit neuzeitlichen Innovationen einhergehen. Die Trends der Stahlindustrie übertreffen sich dahingehend fortlaufend und auch Unternehmen wie Welser Profile unterstützen diese Entwicklungen.  
  
  
• 100% Recyclingfähigkeit: 
  Anders als bei Aluminium (wo sortenrein gesammelt werden muss) ist der Lebenszyklus von Stahl unbegrenzt und die Recyclingfähigkeit damit hundertprozentig gegeben. Heutige Forschungen und erste Produktionsentwicklungen fokussieren sich zudem auf Grünen Stahl (Green Steel) und machen die Materialverwendung von Stahl zu einem nachhaltigen Zukunftstrend. 
  
  

• Hoher Brandwiderstand: 
  Auch bei Feuerentstehung ist Stahl das optimale Material für Bauteile und Brandschutztüren, da der Brandwiderstand relativ hoch ist. Bricht irgendwo im oder am Gebäude ein Feuer aus, so kollabiert etwa Aluminium verhältnismäßig schnell, während Stahlteile den lodernden Flammen recht lange standhalten, ohne sich unter der enormen Hitze direkt zu verformen.  
  
  
• Vielfalt an Stahlsorten: 
  Mehr als 2.500 Stahlsorten sind mittlerweile am Markt und reichen von Baustählen über (un)legierte Stähle, Werkzeugstähle und (hoch)feste Stähle bis hin zu Edelstahl und Spezialstählen. Die Materialeigenschaften der einzelnen Stahlgüten passen in vielen Fällen zu den individuellen Anforderungen, die Konstrukteure und Produktentwickler an ihre Bauteile haben. Und die Bemühungen der Stahlhersteller dürften längst noch nicht beendet sein.  
  
  
• Rohstoff mit hoher Verfügbarkeit: 
  Trotz der viel zitierten Rohstoffknappheit in letzter Zeit ist das Materialangebot von Stahl gerade im mitteleuropäischen Raum recht hoch. Auch Stahlanbieter und stahlverarbeitende Unternehmen sind ausreichend vertreten, sodass besonders herkömmliche Stähle i.d.R. jederzeit erhältlich sind. 

Nachteile von Stahl für Konstrukteure & Produktentwickler 

• Gewicht: 
  Das Material Stahl hat ein höheres Eigengewicht als etwa Aluminium. Aufgrund seiner Festigkeit bei hoher Steifigkeit ist die Materialstärke des Metalls allerdings so dünn wählbar, sodass sich dieser Gewichtsnachteil minimieren lässt.  
  
  
• Korrosionsschutz:
  Blanker Stahl ist in vielen Umgebungen deutlich weniger korrosionsbeständig als etwa Aluminium. Profile mit offenen Flächen und Kanten beispielsweise haben keinen Korrosionsschutz und müssen daher mit einer zusätzlichen Beschichtung geschützt werden. 
  
  
• Verarbeitung:
  Der Vorteil von rollprofilierten Bauteilen aus Stahl liegt darin, dass Lochstanzungen, Oberflächenbearbeitungen und Separierschnitte direkt auf der Anlage integriert werden können. 
  
  
• Kostenvorurteil:
  Es handelt sich zwar nicht um einen naturgegebenen Nachteil, aber doch um ein Vorurteil, das sich dann negativ auswirkt, wenn Stahl frühzeitig ausgeschlossen wird, obwohl es womöglich das beste Material für das jeweilige Bauteil gewesen wäre. Denn noch immer herrscht unter vielen Konstrukteuren und Produktentwicklern die Meinung vor, dass Stahl mit höheren Kosten verbunden ist als Alternativen. Doch die Kostenrechnung ist von so vielen Faktoren abhängig, dass eine individuelle Kalkulation schon oft zu überraschenden Ergebnissen geführt hat.  
  
  

Stahl beim Rollprofilieren 

Beim Rollprofilieren (auch Rollformen oder Walzprofilieren) wird ein zu einem Coil aufgewickeltes Stahlband in der Anlage durch verschiedene Rollen geführt, die für die gewünschte Umformung sorgen. Zusätzliche Verfahrens- & Finalisierungsschritte wie Schweißen und Stanzen ermöglichen unterschiedlichste Steifigkeiten und Funktionalitäten des jeweiligen Bauteils in wenigen Produktionsschritten. Die Kombination des langlebigen, robusten Materials und des flexiblen, nachhaltigen Verfahrens hat überzeugende Potenziale für die Konstruktion und Produktentwicklung: 

• Funktionsbedingte Lochungen, Bohrungen und Prägungen sind bereits im ersten Herstellungsprozess direkt auf der Anlage möglich. Selbst mit hochfesten Stählen lassen sich komplexe Querschnitte in engen Toleranzen herstellen.  Die Umformung ist auch noch möglich, wenn bereits dekorative Oberflächen bestehen. Rollformen ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von geschlossenen Profilquerschnitten (laser- oder HF-geschweißte Profilrohre und Spezialrohre). 

7 Fragen, ob Stahl das richtige Material für Ihr Bauteil ist 

Natürlich handelt es sich im Folgenden um grundsätzliche Fragen, die nicht für jedes Bauteil sofort eine eindeutige Antwort geben. Trotzdem erhalten Sie eine erste Richtung, ob sich die Materialsuche im Bereich Stahl für Ihr neues Bauteil lohnt. Mal sehen, wie viele Fragen sie mit JA beantworten können: 

• Zählt die CO₂-Reduktion zu den Klimazielen meines Unternehmens? 
• Muss mein Bauteil eine hohe Steifigkeit (Biegung, Torsion) haben? 
• Muss mein Bauteil hoher Hitze standhalten? 
• Muss mein Bauteil hohen Torsionskräften standhalten? 
• Sollte mein Bauteil länger als 5 Jahre halten? 
• Muss mein Bauteil verschleißfest sein? 
• Muss mein Bauteil leicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit sein? 

Fazit: Stahl ja oder nein? 

Die Entscheidung für Stahl ist nicht nur eine Entscheidung für das Material, sondern auch eine Entscheidung für die Zukunftsthemen heutiger Unternehmen. Besonders im entwicklungsspezifischen Kontext gehen Innovation und Nachhaltigkeit zunehmend Hand in Hand. So ist Stahl etwa ressourcen- und energieschonender als Aluminium und besticht durch vielseitige Anwendungsmöglichkeiten, an die wir heute vielleicht noch nicht einmal denken. Dank des Rollformverfahrens lassen sich zahlreiche zusätzliche Funktionen in ein Bauteil integrieren, ohne die Produktionskosten sofort in die Höhe schießen zu lassen.  

Haben Sie 4 von 7 Fragen zu Stahl für Ihr neues Bauteil mit JA beantwortet? Dann lassen Sie uns einfach mal darüber sprechen. Ganz unverbindlich und rein informativ.