Schweißen, kleben oder klemmen?

_ Speziell im Metallbau haben sich alternative Methoden wie beispielsweise das Schweißen, Reibschweißen und andere nur in geringem Umfang oder gar nicht gegenüber herkömmlichen Arbeitsweisen mit Eckverbindern in unterschiedlichen Ausprägungen durchgesetzt. Die unterschiedlichen Eckverbindungen werden im Folgenden erläutert und qualitativ beurteilt.

Klassische Eckverbinder

Der klassische Eckverbinder, als Abschnitt aus einem stranggepressten Aluminiumprofil, wird nach vorheriger Kleberapplikation in den entsprechenden Kammern des thermisch getrennten Rahmen- oder Flügelprofils und auf den Gehrungsflächen eingeschoben und mittels Verpressen oder mit Hilfe von Spannstiften oder Schrauben fixiert. Sowohl das Verpressen als auch die Stifte bzw. Schrauben erzeugen dabei einen Voranzug, der das Dichtziehen der Gehrung gewährleistet. Der Kleber übernimmt ca. 70 Prozent der späteren Festigkeitswerte. Vorteil der Vorgehensweise mit Stiften/Schrauben ist, dass sie mit verhältnismäßig geringer Ausstattung – Stanzwerkzeug bzw. Bohrschablone – bewerkstelligt werden kann. Bei dem heute weit verbreiteten Einsatz der CNC-Bearbeitungszentren werden alle mechanischen Bearbeitungen in einer Aufspannung erledigt.

Nachteile sind der relativ hohe Zeitaufwand für das Einbringen der Bohrungen/Stanzungen, die Kleberapplikation, das Säubern der Oberflächen im Gehrungsbereich zur Vermeidung optischer Mängel und das Aushärten des Klebers. Weiterhin muss bei dieser Methode vom Werker sehr genau auf die Flächenbündigkeit der inneren und äußeren Sichtflächen der Profile geachtet werden. Beim Verpressen entfällt der Aufwand für die Bohrungen/Stanzungen. Alle anderen Arbeitsgänge sind jedoch weiterhin auszuführen und es kommt eine aufwendigere Maschinentechnik zum Einsatz, die von der Ein- bis zur Vierkopfeckenpresse reichen kann.

Nachträgliche Kleberinjektion

Bei Verwendung der gleichen Eckverbinder jedoch unter Einsatz spezieller Spannstifte oder beim Verpressen kann die Kleberapplikation teilweise nach dem Fügen der Rahmen- oder Flügelprofile erfolgen. Dabei werden zusätzliche Bohrungen/Stanzungen in die Profile eingebracht, durch die der Kleber mit Hilfe speziell dafür vorgesehener Dosierpressen in die Eckverbindung injiziert wird. Die Benetzung der Gehrungsflächen vor dem Fügevorgang bleibt aber erhalten. Die Spannstifte sind dabei mit Kerben oder hohl ausgelegt, sodass an diesen Stellen Kleber austreten kann. Dies zeigt an, dass ausreichend Kleber injiziert wurde. Der Vorteil gegenüber der vorherigen Anwendung ist die Zeitersparnis durch die modifizierte Art eines Teils der Kleberapplikation, die auch maschinell erfolgen kann. Alle anderen Arbeitsschritte, wie die Reinigung der Ansichtsflächen, der Fokus auf die Flächenbündigkeit und die Aushärtezeit der Klebeverbindung bleiben wie gehabt.

Spreizeckverbinder

Ein weiterer Schritt zur Effizienzsteigerung ist der Einsatz sogenannter Spreizeckverbinder. Diese sind aus stranggepresstem oder gegossenem Material und haben die Eigenschaft, dass sie sich beim Verstiften bzw. Verpressen in Richtung der Sichtflächen der Profile ausdehnen und so für die Flächenbündigkeit der Verbindungen im Gehrungsbereich sorgen. Die Möglichkeiten der vorherigen oder nachträglichen Kleberapplikation bleiben davon unberührt.

Beim Einsatz von Spreizeckverbindern mit nachträglicher Kleberinjektion besteht der Arbeitsablauf also folglich aus der mechanischen Bearbeitung (Zuschnitt, Stanzungen/Bohrungen), der Kleberapplikation auf den Gehrungsflächen, dem Einschieben der Eckverbinder, dem Verpressen bzw. Verstiften oder Verschrauben, der Kleberinjektion und der Reinigung der Sichtflächen von Kleberresten. Der Einstandspreis von Spreizeckverbindern gegenüber herkömmlichen Eckverbindern ist etwas höher.

Federbolzen- bzw. Schraubeckverbinder

Eine weitere Variation stellen die sogenannten Federbolzen- oder Schraubeckverbinder dar. Bei diesem Verfahren rasten im Verbinder integrierte und durch Federkraft vorgespannte Bolzen beim Einschieben in das Profil in dafür vorgefertigte Lochgruppen ein. Das Dichtziehen der Gehrung erfolgt anschließend mechanisch.

Unterschieden werden dabei exzentrisch gelagerte Federbolzen und zweiteilige Eckverbinder. Letztere werden mit gelockerter Schraubverbindung eingesetzt, um anschließend, z. B. mittels eines Innensechskantschlüssels, angezogen zu werden.

Sonderformen

Da die notwendigen Winkel bei Aluminiumfenstern in Sonderformen, wie z. B. Schräg- oder Dreieckfenster, frei wählbar sein müssen – sie sind oft von der Dachneigung des Gebäudes abhängig – wurden für diesen Einsatzfall die entsprechend flexiblen Verbinder der o. g. Ausprägungen entwickelt und dem Metallbaumarkt zur Verfügung gestellt.

Rationalisierung/Industrialisierung

Ansätze, die Eckverbindung unter Einsatz von Eckverbindern mit Hilfe umfangreicherer Maschinentechnik zu rationalisieren bzw. industrialisieren, haben sich in der Vergangenheit nicht in der Breite durchgesetzt. Weder die mechanische Bearbeitung noch die Kleberapplikation stellten die Maschinenspezialisten dabei vor wirtschaftlich unlösbare Probleme.

Das Fügen der verschiedenen Verbinder in die unterschiedlichen Hohlkammern der Profile ist jedoch zwar maschinell möglich, wirtschaftlich aber kaum positiv darstellbar.

Schäden bei unsachgemäßer Ausführung

Bei allen Verfahren kann es bei nicht ordnungsgemäßer Ausführung zu Schäden kommen. So ist besonderes Augenmerk darauf zu richten, dass die Toleranzen bei der Erstellung der mechanischen Verbindung eingehalten werden und der vorgeschriebene Kleber in korrekter Menge sorgfältig verwendet wird. Ansonsten kann die Klebeverbindung die geforderte Festigkeit nicht entwickeln. Dies kann zum Aufreißen der Klebefuge und entsprechenden Undichtigkeiten am eingebauten Bauelement führen.

Des Weiteren ist darauf zu achten, dass unmittelbar nach dem Verstiften/Verpressen überschüssiger Kleber mit dafür vorgesehenem Reinigungsmittel gründlich von den Ansichtsflächen der Profile entfernt wird, da es ansonsten zu optischen Beeinträchtigungen kommen kann.

Der oben bereits erwähnte Fokus auf die Flächenbündigkeit der Ansichtsflächen ist sowohl optisch als auch für die Stabilität der Eckverbindung relevant, da sich bei korrekter Ausführung die größte zu verklebende Fläche ergibt.

Klassische Schweißverfahren

Eine weitere industrielle Art der Eckverbindung stellt das sogenannte Abbrenn-Stumpfschweißen dar. Die notwendigen Investitionen in die hochwertige Anlagentechnik setzen allerdings hohe Volumina voraus. Die hohen Investitionen stehen dem Vorteil einer dadurch möglich werdenden Fließfertigung mit entsprechend verkürzten Taktzeiten gegenüber.

Allerdings ist dieses Verfahren nur bei pressblanken Profilen anwendbar, sodass die Blend- und Flügelrahmen nachträglich beschichtet werden müssen, nachdem der Schweißgrat entfernt wurde.

Multi-Orbital-Reibschweißen

Eine Weiterentwicklung des Schweißverfahrens, das sogenannte Multi-Orbital-Reibschweißen, kam im Jahr 2002 auf. Bei dieser Technologie werden die Schnittflächen der Profile in minimalen Kreisbewegungen hoher Frequenz so lange gegeneinander gerieben, bis sich die Materialien durch die entstehende Wärme miteinander verbinden. Der Rationalisierungsschub durch die kurzen Taktzeiten, der minimale Temperatureintrag in die miteinander zu verbindenden Profile und die hohe Qualität der Eckverbindung wurden dabei als größte Vorteile genannt. Dieses Verfahren konnte leider im Fensterbau – im Gegensatz zu z. B. der Automobilzulieferindustrie, wo es bereits fest etabliert ist – nicht zu der notwendigen Prozesssicherheit gelangen und ist somit wieder vom Markt verschwunden.

Ein Fazit

Aufgrund der weitestgehend stark handwerklich geprägten Metallbaubranche sind industrielle Herstellverfahren der Eckverbindung bisher hinter den Erwartungen ihrer Initiatoren zurückgeblieben.

Schaut man sich jedoch die Fenster- und Türenbranche allgemein an, so stellt man fest, dass insbesondere im Kunststoff- aber auch im Holz-/Holz-Alubereich ein starker Trend zu großen, regionen- oder selbst länderübergreifenden Vollsortimentern als Hersteller der Bauelemente einerseits und einer wachsenden Zahl von dezentralen Bauelementehändlern und –montageunternehmen andererseits zu verzeichnen ist. Sollte dieser Trend auch verstärkt im Metallbau Einzug halten, wird der Ruf nach Rationalisierung und automatisierbaren Lösungen sicherlich lauter werden.—

www.kawneer.de

Jens Kochheim ist Produktmanager bei Kawneer (Alcoa Aluminium Deutschland), Entwickler und Hersteller von Premium-Aluminiumsystemen für Fenster-, Türen-, Fassaden und Hebe-Schiebeanlagen. jens.kochheim@alcoa.com