Oberflächenbehandlung von Aluminium

Oberflächenbehandlung von Aluminium- und Stahlkonstruktionen
der Atriumaussenhülle
1. Oberflächenbehandlung
Aufgrund der Spannweiten sowie einer gewünschten Leichtigkeit der Atriumkonstruktionen sind Stahl
und Aluminium die am gebräuchlichsten Materialien, so dass nachfolgend auf die
Oberflächenbehandlung nur dieser eingegangen wird. Oberflächenbehandlung von Holz oder die
Witterungsbeständigkeit von Membranen sind der entsprechenden Fachliteratur zu entnehmen.
Der erforderliche Korrosionsschutz ist vom Material selbst sowie von seiner Einbausituation abhängig.
Mit einer Farbbeschichtung können sowohl Aluminium- wie auch Stahlbauteile versehen werden. Der
Baustoff Aluminium kann zudem anodisiert werden.
1.1 Oberflächenbeschichtung von Aluminiumteilen
Vorbehandlung
Alle rohen Teile müssen frei von Korrosion und in einem zufriedenstellenden Zustand für eine
Beschichtung sein. Blech-Profildicken, Isolationsstege und die Legierungen müssen so gewählt
werden, dass sie den Temperaturen beim Einbrennen von ca. 200° C Objekttemperatur ohne
Verformung und Festigkeitseinbussen widerstehen.
Die Vorbehandlung der Bleche und Profile enthält folgende Arbeitsschritte:
• Alkalisch entfetten, beizen
• Chromatieren nach DIN 50939
• Schlussspülung mit VE Wasser
Nach der Vorbehandlung werden die Aluminium-Bauteile mit wetterbeständigen Lacken in
National Colour System-, RAL- oder Eisenglimmer-Farbtönen beschichtet. Diese Beschichtung muss
gleichmäßig und porenfrei sein. Dafür stehen folgende in ihrer Qualität und Lebensdauer recht
unterschiedlichen Beschichtungssysteme zur Auswahl, die sich stark im Glanzgrad und in der
Langzeit-Farbechtheit unterscheiden. Langzeit- und Schnell-Bewitterungs-Tests mit Prüfzeugnissen
eines neutralen, anerkannten Prüfinstitutes geben über diese Qualitätsunterschiede Auskunft, welche
in der Graphik Farbbeschichtungsqualität verdeutlicht sind. Die maßgebenden Richtlinien für die
Oberflächenschichtung von Aluminiumbauteilen sind die SZFF-Richtlinien 41.02, 41.07, 52.01 und die
DIN 17611.
Farbbeschichtungsqualität
Flüssiglackbeschichtung mit Lacken auf Basis von Fluorpolymer-Bindemitteln
Für die Werterhaltung eines Gebäudekomplexes sollten der Witterung ausgesetzte Bauteile mit einem
Produkt der Güteklasse QUALICOAT, Kategorie II oder GSB (Gütergemeinschaft für
Stückbeschichtung von Bauteilen) beschichtet werden. Eine Fluorpolymerbeschichtung garantiert für
alle Farbtöne, wobei weiss und rötlich Farbtöne als besonders kritisch zu betrachten sind, eine sehr
gute Farbechtheit und einen Erhalt des Glanzgrades. Der Fluorpolymer Flüssiglack basiert auf
hochwertigem und reinem Fluorpolymer und muss mit einer Schichtdicke von mindestens 35 Mikron
aufgetragen werden. Bei entsprechender Reinigung gemäß zum Beispiel den Wartungsanforderungen
der SZFF-Richtlinie 61.01 können verlängerte Garantien bis zu 10 Jahre gegeben werden.
Hochwetterfeste Polyester-Pulverbeschichtung
Das Hoch Wetter Feste-Pulversystem ist für eine Außen- und eine Innenanwendung geeignet. Die
qualitativen Abweichungen gegenüber einer Fluorpolymerbeschichtung sind in der Graphik
Farbbeschichtungsqualität dargestellt. Es wird auf der Basis von hochwertigem und reinem Polyester
hergestellt. Die Schichtdicke muss überall mindestens 60 Mikron betragen.
Polyester-Pulverbeschichtung
Für die nicht bewitterte Innenanwendung oder für Außenanwendungen mit geringen
Qualitätsansprüchen kann auch ein Pulver-System auf der Basis von QUALICOAT oder GSB
geprüftem hochwertigen und reinen Polyester ausgeführt werden. Die Verarbeitung, Einbrennzeiten
und Temperaturen (min. 180° Objekttemperatur) sind den eingesetzten Pulverlacken entsprechend
anzupassen. Die Schichtdicke muss überall mindestens 60 Mikron betragen.
Lackierung mit Flüssiglacken
Für die nicht bewitterte Innenanwendung oder für Außenanwendungen mit geringen
Qualitätsansprüchen kann auch ein QUALICOAT oder GSB geprüfter 2-Komponenten-Polyesterlack
verwendet werden. Die Verarbeitung, Einbrennzeiten und Objekttemperaturen sind den eingesetzten
Einbrennlacken entsprechend anzupassen. Die Schichtdicke muss überall mindestens 35 Mikron
betragen.
Nachträgliche Bearbeitungen
Die spätere Bearbeitung der Aluminiumprofile darf sowohl an dem vorbeschichteten Material als auch
an rohem Material, mit anschließender Beschichtung, ausgeführt werden. In jedem Falle dürfen an
den fertigen Bauteilen keine unbeschichteten Stellen sichtbar sein oder bewittert werden.
Qualitätssicherung
Die Beschichtung aller Bauteile sollte nur durch eine einzige Unternehmung und außen-, resp.
innenseitig jeweils nur in einem Farbbeschichtungs-System ausgeführt werden. Der Beschichter muss
nachweisbar ein System der Qualitätssicherung betreiben, mindestens aber Inhaber des
Gütezeichens QUALICOAT oder GSB sein. Die Prüfergebnisse der organischen Beschichtung
müssen mindestens den Gütevorschriften der SZFF Norm 52.01 entsprechen. Bauteile aus der
Produktion des Beschichters müssen laufend nach Maßgabe der Prüfnormen und Anforderungen kontrolliert werden. Mit der Beschichtung sind Qualitätsmuster und Testberichte anzufertigen, welche
neben der Objektbezeichnung Auskunft über alle wesentlichen Eigenschaften der Beschichtung
geben. Es empfiehlt sich, die verlangten Farbtöne, die Farbgleichheit und die gleichmäßige
Oberflächenbeschaffenheit (Glanzgrad und Struktur) aller Bauteile anhand von Qualitäts- und/oder
Grenzwertmuster festzulegen und zur Ausführung zu genehmigen. Die Prüfprotokolle sind von
Beschichter während 5 bzw. 10 Jahren (gemäß der geforderten Garantiezeit) aufzubewahren.
Innerhalb der geforderten Garantiezeit darf kein qualitativer Mangel, wie z.B. visuell störende
Dunklungen oder Aufhellungen, Farbtonverschiebungen oder Auskreidung, auftreten. Es ist ratsam,
eine standort- und objektbezogene Garantie ab Abnahme der Leistungen am Bau auf einen RestGlanzgrad von mindestens 70% des anfänglichen Glanzgrades zu verlangen.
1.2 Anodisierung von Aluminiumteilen
Vorbehandlung
Vor dem Anodisieren sind die Aluminiumbauteile einer mechanischen Oberflächenbehandlung zu
unterziehen. Das Aussehen kann dadurch stark beeinflusst werden. Die zwei wichtigsten
Vorbehandlungsverfahren sind chemisch oder mechanisch. Die günstigere Oberflächenbehandlung ist
eine Mattierung (E6) mit einer chemischen Spezialbeize. Die Oberfläche wird dadurch aufgeraut und
wirkt mattiert. Etwas teurer sind die mechanischen Vorbehandlungen, mit folgenden
Oberflächenqualitäten gemäß DIN 17611:
•
•
•
•
•
E1
E2
E3
E4
E5
geschliffen
gebürstet
poliert
geschliffen und gebürstet
geschliffen und poliert
Farblose Anodisierung
Die anodische Oxidation ist ein elektrochemisches Verfahren, das hauptsächlich mit Gleichstrom
arbeitet. In einem Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure ist dabei das Aluminium als Anode
geschaltet. Die Schichtdicke wird vornehmlich durch die Anodisierdauer und die eingehaltene
Stromdichte bestimmt. Die Schichtdicke muss bei Bauteilen für eine Innenanwendung mindestens
15 Mikron, für eine Außenanwendung 20 Mikron und für eine Anwendung in aggressiver Atmosphäre
25 Mikron betragen. Eine so hergestellt Oxidschicht ist transparent und deshalb farblos = EV 1. Nach
dem Anodisieren werden die porösen Oxydschichten in entsalztem, siedendem Wasser von 96 °C bis
100 °C oder in Dampf, unter Zusatz von Belagsverhinderern, verdichtet.
Farbige Anodisierung
Bei der farbigen Anodisierung unterscheidet man drei Verfahren. Je nach Verfahren werden
unterschiedliche Farbtöne hergestellt. Nicht jeder Farbton kann mit jedem Verfahren erzeugt werden.
Anodisation Farben: 1 Naturton, 2 Permalux, 3 Colinal, 4 Sandalor
Bei der Permalux-Farb-Hartanodisation bilden sich im Vergleich zur Naturton-Anodisierung (farblos)
kompaktere Oxidschichten. Die Bauteiloberfläche wird dadurch äußerst hart und abriebfest. Außerdem
verfügt sie über eine außergewöhnlich lange Lebensdauer. Die farbgebende Substanz ist Bestandteil
der Oxidschicht. Der gewünschte grau-bräunliche-beige Farbton ist abhängig von Stromdichte,
Badtemperatur und Behandlungsdauer. Die Permalux-Farb-Hartanodiation eignet sich für
Anwendungen mit höchster Beanspruchung.
Im zweistufigen Colinalverfahren (Colour in aluminium) wird das bereits anodisierte AluminiumWerkstück in einer Metallsalzlösung mittels Wechselstrom (elektrolytisch) eingefärbt. Die
verschiedenen beigebraunen bis schwarzen Farbtöne entstehen durch die Variation der
Behandlungsdauer. Dieses licht- und wetterbeständige Färbeverfahren besitzt dieselben
Anwendungseigenschaften wie das naturtonanodisierte Aluminium.
Das Sandalor-Verfahren wird je nach gewünschtem Farbton als zwei- bzw. als dreistufiges Verfahren
ausgeführt. Nach der anodischen Oxidation und vor dem anschließenden Nachverdichten kann das
Aluminiumbauteil im Tauch- oder Sprühverfahren eingefärbt werden. Die Farben entstehen durch die
Einlagerung des Farbstoffes in die Poren der Oxidschicht, welche anschließend wie bei allen anderen
Anodisierungsverfahren verdichtet werden.
Beim Sandalor-Basis-Verfahren verfügen nur voll eingefärbte Oxidschichten über die maximale Lichtund Wetterbeständigkeit. Beim zweistufigen Gold-Färbeverfahren (Bausilber, Messing, Gold) verfügen
auch die hellen Farbtöne über die maximale Licht- und Wetterbeständigkeit. Beim dreistufigen
Sandalor-Verfahren wird die Oberfläche nach der elektrolytischen Voreinfärbung (Colinal) mit einer
Farbstofflösung in einer dritten Stufe überfärbt. Durch das Sandalor-Verfahren wird das Angebot an
licht- und wetterbeständigen Bunttönen wesentlich erweitert. In einem Dreistufen-Prozess entstehen
warme Bronzetöne.
Qualitätssicherung
Die Anodisierung aller Bauteile muss durch eine Unternehmung ausgeführt werden, welcher ein
nachweisbares System der Qualitätssicherung betreiben und Inhaber des Gütezeichen Qualanod sind
Die Bauteile aus der Produktion des Anodisierbetriebes müssen laufend vor der Weiterverarbeitung
nach Maßgabe der Prüfnormen und Anforderungen kontrolliert werden. Die Prüfprotokolle des
Beschichters müssen während der Garantiezeit aufbewahrt werden. Mit der Anodisierung sind
Qualitätsmuster und Testberichte anzufertigen, welche neben der Objektbezeichnung Auskunft über
alle wesentlichen Eigenschaften der Anodisierung geben. Zur Definition der verlangten Farbtöne, der
Farbgleichheit und der gleichmäßigen Oberflächenbeschaffenheit (Struktur) aller Bauteile empfiehlt es
sich sehr, Qualitäts- oder Grenzwertmuster mit dem Original-Halbzeugmaterial herstellen und vom
Architekten und Bauherren genehmigen zu lassen.
1.3 Korrosionsschutz von Stahlbauteilen
Vorbehandlung
Unabhängig vom auszuführenden Korrosionsschutz (Verzinkung, Einbrennlackierung oder
Flüssiglackierung) sind die Stahlbauteile durch Sandstrahlen vorzubehandeln, um eine metallisch
reine, d.h. entzunderte und metallisch blanke, Oberfläche zu erhalten.
Feuerverzinken
Bei Konstruktionen, die feuerverzinkt werden sollen, sind gewisse Konstruktionsregeln einzuhalten.
Rohre zum Beispiel müssen Luftlöcher aufweisen, damit die eingeschlossene sich ausdehnende Luft
entweichen kann. Bei großen Elementen ist die Abmessung des Zinkbades zu überprüfen.
Voraussetzung für eine einwandfreie Feuerverzinkung sind reine, d.h. entzunderte und metallisch
blanke Oberflächen. Beim Eintauchen ins Zinkbad von etwa 450°C setzt sich am Werkstück eine
Zinkschicht fest. Dieser Zinküberzug darf sich nicht nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften
des Grundwerkstoffes auswirken. Er darf nicht reißen oder abplatzen. Die Schichtdicke des
Zinküberzuges steht in Abhängigkeit von der Materialdicke und variiert zwischen mindestens 60 bis
mindestens 90 Mikron. Der Überzug hat ein blumig kristallines Aussehen. Feuerverzinkte, bewitterte
Metallbau-/Fassadenbau-Bauteile dürfen nicht nachbearbeitet werden, mit Ausnahme des
Nachschneidens von Gewinden. Mit der Feuerverzinkung sind Qualitätsmuster anzufertigen und
Testberichte zu erstellen, welche neben der Objektbezeichnung Auskunft über alle wesentlichen
Eigenschaften der Feuerverzinkung geben.
Spritzverzinken
Bauteile, deren Größe die Zinkbadabmessungen übersteigen oder die sich in einem Zinkbad zu sehr
verziehen würden, werden spritzverzinkt. Oft wird die Spritzverzinkung auch anstelle der
Zinkstaubgrundierung angewandt. Nachteil einer Spritzstaubgrundierung ist, dass die Hohlräume von
Rohren mit diesem System nicht geschützt werden können.
Duplex-Verfahren
Einen besonders wirkungsvollen Korrosionsschutz, der für die Außenanwendung empfohlen wird,
besitzen Beschichtungssysteme aus einer Verzinkung und einer zusätzlichen Farbbeschichtung.
Vorraussetzung für die volle Wirksamkeit des Duplex-Systems ist eine gute Haftung der Beschichtung
auf dem Zinküberzug. Problematisch ist die Beschichtung frischer Feuerverzinkungen, sie müssen vor
dem Anstrich staubgestrahlt = glasperlengestrahlt werden.
Korrosionsschutz mit Einbrennlacken
Das zu wählende Beschichtungssystem hängt von der Größe, Länge und Masse der Stahlbauteile ab.
Bei kleinen und dünnen Bauteilen, meist Blechen, können die gleichen Produkte wie bei
Aluminiumbauteilen, zum Einsatz kommen (Flüssiglackierungen mit Lacken auf FluorpolymerBindemittelbasis, Hochwetterfeste Polyester-Pulverbeschichtung und Polyester-Pulverbeschichtung).
Korrosionsschutz mit Flüssiglacken
Bei großen, schweren oder langen Bauteilen, die entweder nicht in den Einbrennofen passen oder
nicht auf die erforderliche Objekttemperatur erwärmt werden können, kommt ein dreischichtiger
Aufbau von Flüssiglacken zur Anwendung. Es wird dabei zwischen werk- und bauseitig
aufgetragenem Schutz unterschieden, wobei die Beschichtung im Werk vorzuziehen ist. Dort können
die Arbeiten unter kontrollierbaren Bedingungen (sauber, trocken, gut zugänglich) ausgeführt werden.
Bauteile, die auf der Baustelle noch bearbeitet werden, z.B. durch Schweißarbeiten, oder die für eine
werkseitige Oberflächenbehandlung zu groß sind, erhalten den Fertiganstrich auf der Baustelle. Sie
werden sandgestrahlt und bereits grundiert auf den Bau geliefert, wo sie dann einen oder mehrere
Flüssiglack-Fertiganstriche erhalten.
Gemäß der Norm EN 12944 werden Korrosivitätskategorien von C1-C5 unterschieden. Die Kategorie
C1 steht für einen unbedeutenden Korrosionsschutz, während die Kategorie C5 für stark
beanspruchte Fassadenteile einen starken Korrosionsschutz mit zusätzlicher Spritz- oder
Feuerverzinkung darstellt. Die zu wählende Kategorie hängt vom Standort des Gebäudes, seiner
Nutzung und der Anwendung im Innen- oder Außenbereich ab.
1.4 Brandschutzanstriche
Stahlkonstruktionen können im Brandfall so stark erwärmt werden, dass innerhalb kurzer Zeit die
aufzunehmenden Lasten nicht mehr abgetragen werden können und die Spannungswerte unter die
statisch erforderlichen Werte absinken. Stahlkonstruktionen, die auf Biegung und Druck für eine
gegebene Beanspruchung bei normalen Temperaturen dimensioniert wurden, können dieser im
Brandfall nicht mehr standhalten. Für Baustahl ST 37 und ST 52 liegt diese kritische Temperatur
gemäß DIN 1050 bei 500 °C. Für statisch tragende Atriumskonstruktionen ist deshalb zu überprüfen,
ob eine bestimmte Feuerwiderstandsklasse vorgeschrieben ist.
Die Feuerwiderstandsklasse EI 30 (früher F) besagt, dass die Konstruktion während einer
Mindestdauer von 30 Minuten die an sie gestellten Anforderungen erfüllen muss, bei EI 60 sind es
60 Minuten usw. Unbekleidete Stahlbauteile, insbesondere leichte und mittlere Konstruktionen,
erreichen bei Erwärmung die kritische Temperatur in der Regel in einer kürzeren Zeit als 30 Minuten,
so dass im Falle von Brandschutzanforderungen der Feuerwiderstand durch eine bauaufsichtlich
zugelassene Beschichtung erhöht werden muss. Im Brandfall quillt dieser Anstrich auf und bildet eine
wärmedämmende Schicht. Für EI 60-Anforderungen gibt es keine Beschichtungssysteme, hier muss
der Brandschutz durch Verkleidungen mit feuerhemmenden Platten gewährleistet werden.
Es dürfen nur geprüfte Systeme eingesetzt werden. Zulassungsbescheide für ganze Systeme werden
zum Beispiel im Institut für Bautechnik in Berlin oder von der Vereinigung Kantonaler
Feuerversicherungen in Bern erstellt.
1.5 Schutz der Oberflächen
Die farbbeschichteten oder anodisierten Oberflächen müssen während des Transportes und der
Montage sorgfältig vor Beschädigungen geschützt werden. Dabei liegt die Auswahl des geeigneten
Schutzmaterials in der Verantwortung des Auftragnehmers unter Berücksichtigung der Richtlinien der
Hersteller und die Anforderungen der Beschichter. Ebenfalls sind das spätere Entfernen des
Schutzmaterials von den Bauteilen und die umweltgerechte Entsorgung zu beachten.
Autoren:
Steffi Neubert