Vorgehängte hinterlüftete Fassaden aus wetterfestem Baustahl

Rund 100 Jahre nach der Entdeckung durch die Vereinigte Stahlwerke AG aus Düsseldorf erfreuen sich wetterfeste Baustähle als Bekleidungen vorgehängter hinterlüfteter Fassaden (VHF) großer Beliebtheit.

Aktuell nutzt die moderne Architektur den eine Zeit lang nahezu in Vergessenheit geratenen Baustoff wieder vermehrt. Seinen besonderen Reiz und seine Qualität ziehen wetterfeste Baustähle aus einem vermeintlichen Makel: Rost.

Cortenstahl: Rost schützt vor Korrosion

Die in Düsseldorf beheimatete Vereinigte Stahlwerke AG entwickelte in den 1920er-Jahren einen besonderen Stahlwerkstoff, der sich durch seine besondere Korrosionsbeständigkeit von anderen Baustählen unterschied. Produziert wurde der wetterfeste Baustahl in Dortmund unter der Bezeichnung Union-Stahl.  

Eine ähnliche Entwicklung vollzog sich in den USA. Dort stellte das Unternehmen United States Steel unter der Bezeichnung „Cor-Ten ebenfalls einen korrosionsbeständigen Stahlwerkstoff vor. Die Bezeichnung Cor-Ten setzt sich aus den Produktparametern „Corrosion resistant“ (korrosionsbeständig) und „Tensile strength“ (Zugfestigkeit). Ein entsprechendes Patent wurde 1933 erteilt und ist bis heute im Besitz der United States Steel.

  Bezeichnung

Arcelor/Mittal

Dillinger Hütte

Salzgitter

ThyssenKrupp Steel Europe

 DIN EN

 10025-5


Werkstoff-
nummer

 

 

 

 

 S235J0W

1.8958

 

 

Allwesta 360

 

 S235J2W

1.8961

 

DIWETEN 235

Allwesta 360 F

 

 S355J0WP

1.8945

Indaten® 355A

 

Allwesta 510 P

 

 S355J2WP

1.8946

 

 

Allwesta 510 FP

Patinax® 355P

 S355J0W

1.8959

 

 

Allwesta 510

 

 S355J2W

1.8965

Indaten® 355D

DIWETEN 355

Allwesta 510 F

Patinax® 355

 S355K2W

1.8967

 

DIWETEN 355

Allwesta 510 F40

 

Tabelle 1: Herstellerbezeichnungen für wetterfeste Baustähle

Nicht geschützt wurde das Legierungskonzept. Folglich verkaufen Stahlhersteller in aller Welt ähnliche oder gleiche Stähle unter eigenen Bezeichnungen.

Damals wie heute setzen Gebäudehüllen aus Cortenstahl besondere optische Akzente. Und: Fassaden aus wetterfestem Baustahl bestechen durch Qualität. Das Paradoxon: Rost dient dem Schutz vor Korrosion und trägt maßgeblich zum optischen Reiz einer VHF aus Cortenstahl bei.

 

 Bezeichnung

C

%

Max.

Si

%

Max.

Mn

%

P

%

S

%

Max.

N

%

Max.

Cr

%

CU

%

Ni

%

Max.

Mindest-
streck-
grenze

N/mm2

 DIN EN

 10025-5

 

Werkstoff-nummer

 S235J0W

1.8958

0,13

0,40

0,20 – 0,60

Max. 0,035

0,035

0,009

0,40 – 0,80

0,25 – 0,55

0,65

235
(t ≤ 16 mm)

 S235J2W

1.8961

0,030

––

 S355J0WP

1.8945

0,12

0,75

Max. 1,0

0,06 – 0,15

0,035

0,009

0,30 – 1,25

0,25 – 0,55

0,65

355
(t ≤ 16 mm)

 S355J2WP

1.8946

0,030

––

 S355J0W

1.8959

0,14

0,50

0,50 – 1,50

Max. 0,035

0,035

0,009

0,40 – 0,80

0,25 – 0,55

0,65

335
(t ≤ 16 mm)

 S355J2W

1.8965

Max. 0,030

0,030

––

 S355K2W

1.8967

Max. 0,030

0,030

––

 S355J4W

 

Max. 0,030

0,035

––

Tabelle 2: Chemische Zusammensetzung wetterfester Baustähle nach DIN EN 10025-5

Cortenstahl – Witterungswechsel bildet schützende Rostschicht aus

Die Korrosionsbeständigkeit von Fassadenbekleidungen aus wetterfesten Baustählen basiert auf der Legierung des Materials: Elemente wie Kupfer, Chrom und Nickel gehen mit Eisensulfaten und Phosphoroxiden komplexe Verbindungen ein. Diese bilden eine fest haftende und undurchlässige Sperrschicht zwischen einer oberflächlich vorhandenen Rostschicht und dem eigentlichen Grundwerkstoff aus. Bis diese Sperrschicht in voller Ausprägung vorhanden ist, vergehen bis zu drei Jahre. In diesem von Abrostung gekennzeichneten Zeitraum verliert die Bekleidung etwa 0,05 Millimeter Dicke. Gleichzeitig entwickelt sich die charakteristische Farbe der Bekleidung von einem hellen Rotbraun zu einem kräftigen, dunkelbraun-violetten Ton.

Voraussetzung für die Ausbildung der Sperrschicht ist ein natürlicher Witterungswechsel bei dem die schützende Rostschicht regelmäßig austrocknen kann und wieder befeuchtet wird. Für eine optimale Ausbildung der Sperrschicht sollte die durchschnittliche Befeuchtungsdauer pro Jahr unter 60 Prozent liegen und weniger als 5.250 Stunden betragen. Prinzipiell sind bei VHF die Beanspruchungsgruppen hinsichtlich des Regenschutzes und der Schlagregenbeanspruchung nach DIN 4108-3 zu beachten:

 Schlagregen-   Beanspruchung
 (nach DIN   4108-3)

Gruppe   I

Gruppe II

Gruppe III

 Beanspruchung

gering

mittel

stark

  Jährlicher   Niederschlag

< 600 mm

< 800 mm

> 800 mm

 Lage

geschützt

gering

mittel

Tabelle 3: Vorgehängte hinterlüftete Fassadensysteme sind in die Beanspruchungsgruppe III für starke Schlagregenbeanspruchung eingeordnet.

Bei der Entscheidung für eine VHF aus Cortenstahl ist neben der sorgfältigen Planung der direkt angrenzenden Außenanlagen immer auch ein Augenmerk auf die Schadstoffbelastung der Luft zu richten. Chloride in der Umgebungsluft können die Ausbildung der schützenden Sperrschicht behindern. Stauwasser ist unbedingt zu vermeiden, weil wetterfester Baustahl dann ähnlich schnell rostet wie unlegierter. Nicht zuletzt deswegen ist bei der Montage entsprechender VHF Erfahrung gefragt.

Es is die Aufgabe der Konstrukteure, die zu erwartende Abrostung in ihre Berechnungen einzubeziehen und durch einen Zuschlag in der Werkstoffdicke zu kompensieren. Zulässige Maßtoleranzen, Winkel- und Ebenenabweichungen für VHF definiert die DIN 18202.

Weiterhin muss die VHF so gestaltet werden, dass sich der Schutzrost auf der Oberfläche bilden und sich gegebenenfalls bei Beschädigung erneuern kann. Mit konstruktiven Maßnahmen muss die Entstehung von Rostauswaschungen mit Fahnenbildungen durch konstruktiv bedingte Wasserablaufstellen verhindert werden. Gleiches gilt für eine Säurekorrosion der Rostschicht.

 

Vorgehängte hinterlüftete Fassaden aus wetterfestem Baustahl

Cortenstahl: So schweißen Sie sicher

Die beschriebenen korrosiven Eigenschaften des Cortenstahls werden weder von einer Kalt- noch einer Warmumformung beeinträchtigt. Mindestbiegeradien regelt die DIN EN 10155. Schweißarbeiten erfordern eine vorherige vollständige Zunderbeseitigung in den vom Schweißvorgang betroffenen Bereichen durch Sandstrahlen (Grad SA 2 ½).

Grundsätzlich lassen sich wetterfeste Baustähle sowohl von Hand als auch maschinell schweißen – die Verwendung geeigneter Schweißzusatzwerkstoffe (kalkbasische Elektroden, Schutzgasschweißdrähte, Draht-Pulver-Kombinationen der Festigkeitsstufe S 355) und angemessene Bedingungen vorausgesetzt. Zu beachten sind dabei die DIN EN 10155 und das Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 088. In puncto schweißtechnischer Verarbeitung ist die DIN EN 1011-1 und -2 maßgeblich. Weiterhin gilt:

  • Bei ungeschützten Schweißkonstruktionen muss auch das Schweißgut wetterfest sein.
  • Bei einem eventuell erforderlichen Spannungsglühen sollte in einem Temperaturbereich von 530 bis 580º Celsius durchgeführt werden (Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 088).

 

Schrauben & Co.: So schaffen Sie feste Verbindungen

Bei der Auswahl geeigneter Befestigungselemente sind die bekannten korrosionsschutztechnischen Anforderungen zu berücksichtigen. Hinsichtlich statischer Erfordernisse sind die Regeln nach DIN 18516 maßgeblich. Vorgaben für Rand- und Achsabstände regelt die DIN 18807.

Im Bereich Schrauben sind gewindefurchende oder selbstbohrende Edelstahlschrauben (z.B. Werkstoff 1.4301) mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (Z-14.1-4) das Mittel der Wahl.

Etwaige Bedenken bei der Verwendung zugelassener, gewindefurchender Edelstahlschrauben in Kombination mit wetterfesten Baustählen sind nicht angebracht. Das ergaben Korrosionsversuche. Demzufolge ist bei der Verwendung entsprechender Schrauben zur Befestigung wetterfester Stahlbekleidungen an Unterkonstruktionen aus Aluminium oder Edelstahl keine Spannungskorrosion zu erwarten. Zu empfehlen ist der Einsatz von Dichtscheiben aus Edelstahl mit aufvulkanisierter EPDM-Dichtung. Sie ermöglicht eine einfache Montagekontrolle.

Bei der Kombination verschiedener Werkstoffe ist Erfahrung gefragt. Werkstoffpaarungen, die nicht mit entsprechender Vorsicht geplant wurden, können zu Problemen führen. Nicht nur bei der häufig anzutreffenden Kombination aus aluminiumlegierten Unterkonstruktionen mit wetterfesten Baustahlbekleidungen sind die Befestigungselemente mit zu berücksichtigen. Negative Einflüsse lassen sich in der Regel nur durch eine organische Trennung zum wetterfesten Baustahl vermeiden.

Die effektive Wärmedämmung einer VHF aus wetterfestem Baustahl erfordert einen planebenen Einbau des Dämmstoffs, bei dem eine Hinterströmung der Dämmschicht mit kalter Außenluft unterbleibt. Mechanische Halter sichern üblicherweise die Lage des Dämmstoffs. Seltener kommen Klebelösungen infrage, die auf den verwendeten Dämmstoff abgestimmt sind. Zu verwenden sind nicht brennbare Dämmstoffe aus Mineralwolle.

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