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Unter Halbzeugen versteht man Metallprofile, die durch, Schmiegen, Verlöten und Verschweißen ihre endgültige Form und Gestalt erhalten
Die Halbzeuge und Metallprofile, die wir Ihnen hier näher vorstellen wollen, gibt es in unterschiedlichen Längen und Dicken. Auf dem Foto ist nur eine kleine Auswahl zu sehen. Mit wenig Aufwand an Arbeit und Material können sich mit etwas Phantasie begabte Heimwerker Hilfswerkzeuge bauen, die nicht allerorten erhältlich sind oder einen recht stolzen Preis haben. Unser Sägetischanschlag und der Stangenzirkel sind gute Anwendungsbeispiele für die Arbeit mit Halbzeugen.
Vorteilhaft für den an Metallarbeiten interessierten Heimwerker ist die große Auswahl der in ihrer Formgebung und auch in den spezifischen Abmessungen größtenteils standardisierten Halbzeuge, die zudem noch in den gebräuchlichsten Werkstoffen (Messing, Aluminium, Baustahl, VA-Stahl) in den Handel kommen. Das weichere Kupfer ist meist nur als Vollmaterial erhältlich, Winkelprofile aus diesem Werkstoff wären zu nachgiebig und damit nicht ausreichend belastbar.
Verschiedene Halbzeuge und ihre Eigenschaften
Bevor Sie an eine Konstruktion herangehen, sind verschiedene Überlegungen hinsichtlich der Belastbarkeit anzustellen. Der Profilquerschnitt ist dabei von entscheidender Bedeutung: So hat z.B. ein Vollrund-Baustahl von 74,6 mm Durchmesser und 1 m Länge ein Eigengewicht von 34,3 kg und trägt dieselbe Last wie ein ebenso langes 110 mm hohes Doppel-T-Profil aus Baustahl, das nur 9,66 kg wiegt.
Ein aus demselben Baustahl gefertigter Leichtbaukonsolträger mit Stützstrebe bringt bei gleicher Tragfähigkeit nur 3 kg auf die Waage. Bei richtiger Auswahl der Halbzeuge ergeben sich also wesentliche Ersparnisse in Material und Gewicht.
Paradebeispiele für stabile, äußerst belastbare und material- so-wie gewichtssparende Konstruktionen aus Halbzeugen sind der Eiffelturm, die Müngstener Brücke über die Wupper, Bohrtürme und Turmkräne. Auch die Gitterrohr-Rahmen der unschlagbaren Ferrari GTO aus den 60er Jahren nutzen die Stärken dieser Bauweise.
Halbzeuge, Materialauswahl
Außer vom Profilquerschnitt hängt die Belastbarkeit vom verarbeitenden Material ab. So ist Aluminium zwar leichter als Stahl, zugleich aber weniger belastbar. Es kann daher durchaus sein, dass eine Aluminiumkonstruktion, die denselben Belastungen wie eine vom Bauprinzip gleiche Stahlkonstruktion standhalten soll, letztlich schwerer wird als diese, weil die nötigen Materialquerschnitte größer sind.
Baustahl Halbzeuge
Baustähle gibt es als warmgewalzte oder kaltgezogene bzw. kaltgewalzte Bleche, Bänder, Profile, Rohre oder Vollstäbe. Die Zugfestigkeit des Materials beträgt ca. 370 N/mm², bei größerer Belastung reißt Baustahl. Zu verformen beginnt er sich jedoch schon früher, jenseits der Streckgrenze von ca. 235 N/mm².
Die zulässige Biegebelastung ist bei Wechsellast nach beiden Seiten (wie sie etwa an einem Mast im Wind auftritt) 50-75 N/mm², bei ruhender Belastung 115-165 N/mm². Bis ca. 5 mm Wandstärke bzw. Blechdicke lässt sich Baustahl mit Heimwerkermitteln gut umformen, etwa durch Trennen (Sägen, Schneiden, Bohren) und Kaltbiegen.
Für stärkere Profile, Bleche usw. werden große Winkelschleifer bzw. Schneidbrenner erforderlich. Ein Pluspunkt für Baustahl sind mit preisgünstigen Werkzeugen und Verbindungsmitteln einfache Metallverbindungen: durch Nieten, Schrauben, Löten, Schweißen.
Hochlegierte Stähle
Hochlegierte Stähle sind je nach Legierung unter der Bezeichnung V2A und V4A erhältlich, als Bleche, Profile und Stäbe. Ihre Zugfestigkeit ist bis zu 1/3 höher als die normaler Baustähle, jedoch haben sie die gleiche bzw. sogar eine niedrigere Streckgrenze.
Bei der Verwendung als tragende Teile ist daher eine im Vergleich zu Baustahl mindestens gleiche bzw. größere Dimensionierung erforderlich.
Die Verarbeitbarkeit von hochlegierten Stählen ist der von Baustahl ähnlich, die größere Zähigkeit bringt jedoch Schwierigkeiten mit sich. Schneidbrennen ist nicht möglich, als Alternative bietet sich mit Plasma schneiden an.
Verbindungen durch Schrauben, Nieten usw. erfolgen wie beim Baustahl. Schweißen ist schwieriger, die Schweißmittel sind sehr teuer, und einige Elektroden sind nur mit Gleichstromschweißgeräten zu verschweißen, dem Schutzgasschweißen ist der Vorzug zu geben.
Bei der Verwendung im Freien ist Korrosionsschutz, speziell bei polierten Flächen, kaum erforderlich. Schweißnähte und deren Randzonen indes zeigen oft ein ungünstigeres Korrosionsverhalten und sollten durch Beizen mit einem Spezialmittel nachbehandelt werden.
Kupfer und Messing
Beide Materialien haben viele gleiche Eigenschaften, Messing, aber auch Bronze und Rotguss, sind Kupferlegierungen. Es gibt eine große Vielfalt an unterschiedlichen Profilen, reines Kupfer jedoch nur als Rohre, Tafeln und Vollmaterial.
Je nach Legierung und Bearbeitungszustand ist die Materialfestigkeit sehr unterschiedlich. Erfragen Sie die Werte beim Kauf. Die Verarbeitung durch Umformen (Trennen, Sägen, Feilen, Bohren) ist leichter zu bewerkstelligen als bei Baustahl. Manche Messing-Legierungen neigen zur Rißbildung beim Warm- oder Kaltbiegen. Kupferrohre sollen vor dem Biegen entspannt, d.h. bis zur Rotglut erhitzt und dann mehrmals mit kalten Wasser übergossen werden.
Kaltverbindungen sind durch Schrauben, Nieten sowie Steck- und Schraubfittings aus dem gleichen Werkstoff oder V2A/V4A möglich, Warmverbindungen durch Weich-und Hartlöten. Autogenschweißen ist schwierig. Industriell werden die Kupferlegierungen Messing, Bronze, Rotguss usw. durch ein Schutzgasschweißverfahren (WIG = Wolfram Inert Gas) verbunden.
Bei Kupfer-Konstruktionen, die im Freien stehen, ist kein Korrosionsschutz erforderlich. Unbehandelte Flächen bilden eine dauerhafte Korrosionsschicht (Grünspan) aus, die weitere, tiefergehende Korrosion meist verhindert.
Aluminium, Halbzeuge
Aluminium gibt es in den vielfältigsten Profilen, als Platten, Tafeln, Rund- und Vollmaterial in den unterschiedlichsten Größen.
Reines Aluminium ist nicht sehr fest, die für Halbzeuge verwendeten Legierungen (z.B. AIMg3, AlMg5) haben jedoch Festigkeiten, die in etwa der halben bis zwei Drittel der Festigkeit von Baustahl entsprechen, diese Legierungen haben aber auch nur ein Viertel des Gewichtes von Stahl. Allerdings ist Aluminium sehr empfindlich gegen Wechselbelastungen und neigt bei unsachgemäßer Verarbeitung zur Rißbildung. Aluminium läßt sich mit einfachen Handwerkzeugen und leichten Maschinen biegen, schneiden, sägen, abkanten und bohren.
Kalte Verbindungen sind nur durch Schrauben, Nieten und Kleben möglich. Löten und Schweißen sind sehr schwierige Arbeiten, Schweißen ist nur mit Schutzgas sinnvoll.
Sehr wichtig: durch Warmbehandlung entstehen sehr hohe Festigkeitsverluste. Bei Aufstellung im Freien ist kein Korrosionsschutz erforderlich. Die Auswahl der Verbindungsmittel muss jedoch sehr sorgfältig erfolgen, weil Aluminium äußerst empfindlich gegen galvanische Korrosion ist, wenn es mit anderen Metallen Berührung hat. Am geeignetsten sind Verbindungsmittel aus Aluminium oder V2A bzw. V4A.
Halbzeuge Biegen
Für eine 90°-Ecken muss man Winkel und U-Profile nicht durchtrennen. Klinken Sie lediglich einen (bzw. zwei) Schenkel V-förmig aus.
Problemlos lassen sich 90°-Ecken aus Halbzeugen formen. Sie trennen einen Schenkel des Winkelprofils durch und biegen den zweiten einfach zurecht. Das hat den Vorteil, dass sich keinerlei Passerprobleme ergeben und es keine Schwierigkeiten macht, das Bauteil während der anschließenden Lötarbeiten zu fixieren. Der gebogene Schenkel des Profils dient zugleich als Führung.
Wichtige Fuge
Um das Material zu schneiden, arbeitet man mit der Flex oder von Hand mit der Eisensäge. Die Trennschnitte führt man im 45° Winkel zur Schenkelhöhe, und zwar so, dass in der Spitze des V-förmigen Ausschnitts eine Fuge von etwa Materialdicke entsteht. Soviel Spiel muss sein, damit sich das Material frei biegen lässt. Bei feinerem Schnitt bliebe der Winkel geöffnet.
Ziehen Sie das freie Winkelstück so weit wie möglich mit der Hand herum, und formen Sie die Ecke mit dem Schlosserhammer aus.
Halbzeuge Schweißen
Für eine schnelle Eckverbindung schneiden Sie die Enden zweier Winkelprofile auf Gehrung, passen sie zusammen und verschweißen sie. Legen Sie die Teile nicht von vornherein schlüssig zusammen, sondern lassen Sie etwas Zugabe. Das flüssig eingebrachte Schweißgut zieht sich beim Abkühlen zusammen und schließt den Winkel.
Die beiden Schenkel werden nicht exakt zum rechten Winkel zusammengelegt. Die Zugabe von 3 bis 5° zieht sich beim Schweißen hin.
Geschweißt wird von außen nach innen. Heften Sie zunächst im Außeneck, dann im Inneneck. Danach die Schweißnaht legen.
Legen Sie die Profile so aus, dass sie auf dem längeren Winkel ruhen. Heften Sie den Winkel zunächst außen, dann innen, weil sich hier aufgrund der größeren Länge des flach liegenden Schenkels größere Spannungen ergeben. Sind Sie mit dem Ergebnis der Heftung unzufrieden, lösen Sie sie mit einem kräftigen Hammerschlag, heften erneut und legen dann neue Schweißverbindungen.
Elektroden schweißen lernen/Grundlagen/Elektrodenschweißkurs (Video)
Halbzeuge, T-Verbindung
Wenn es darum geht, einer Rahmenkonstruktion durch ein zusätzliches Profil große Festigkeit und Tragfähigkeit zu geben, dann ist ein T-Profil die richtige Wahl. Das Profil ist in alle Richtungen drehstabil und biegt sich nicht durch – vorausgesetzt, Material und Dicke sind auf den Einsatzzweck abgestimmt.
Wenn Sie T-Profil und Winkel verbinden, sollten Sie aufeinanderstoßende senkrechte und waagerechte Schweißnähte an der Verbindungsstelle vermeiden. Sie würden zu unerwünschten Materialspannungen führen.
Um dem vorzubeugen, wird das T-Profil vorbereitet: Sie kürzen den durchgehenden Schenkel (den „T-Balken“) um die Länge des Schenkels des Gegenprofils (in unserem Falle ein Winkelprofil), so dass der stehende Schenkel des T-Profils auf dem Winkelprofil aufliegt.
Seine untere Spitze wird abgeschrägt. So lässt sich das T-Profil ohne Schwierigkeiten bis zum Anschlag ins Winkelprofil passen.
Halbzeuge, Schweißpunkte
An der Abschrägung werden die beiden ersten Schweißpunkte zum Anheften gesetzt. Die Innenecke selbst bleibt frei. Das Schweißgut kann durchlaufen, und es entstehen keine Spannungen, die das Material verziehen könnten. Dann setzen Sie die äußeren Schweißpunkte (oben am Winkelprofil und unten, wo Winkelprofil und T-Balken aneinanderstoßen). Jetzt kann sich die Verbindung nicht mehr verziehen, und Sie können die Schweißnähte von innen nach außen legen.
Halbzeuge bearbeiten. Die Nase des Mittelteils der T-Profilschiene wird an der Spitze abgeschnitten. So lässt sich das Stück besser ins Winkelprofil einpassen.
Sägetischanschlag und Stangenzirkel aus Halbzeuge Profilen
Dieser selbstgebaute Anschlag dient zum Niederhalten des Werkstückes auf dem Sägetisch, wenn man verdeckte Schlitze herstellt.
Unser selbstgebauter Anschlag ist eine sinnvolle Ergänzung zu Sägetischen. Wenn Ihre Kreissäge einen Wanknutanschlag hat, können Sie mit seiner Hilfe Arbeiten erledigen, für die sonst eine Oberfräse gebraucht wird.
Grundelement unserer Konstruktion ist ein Winkelprofil, das auf den Seitenanschlag des Sägetisches aufgelegt und mit diesem fest verschraubt wird. Des weiteren benötigen Sie zwei Vierkantrohre, die genau ineinanderpassen.
Das senkrechte Trägerrohr wird auf das Winkelprofil geschweißt, der Ausleger für die Seitenverstellung an das Rohr der Höhenverstellung. Die Seitenverstellung läuft auf dem Ausleger, die Andrückplatte wird unter die Seitenverstellung geschraubt.
Um Höhen- und Seitenverstellung justieren zu können, werden sie passend zur Dicke der vorgesehenen Schrauben durchgebohrt, über die Bohrungen werden Muttern geschweißt.
Achten sie darauf, dass alle Verbindungen exakt rechtwinklig ausgeführt sind. Die Führungsplatte muss so angeschraubt werden, dass die Schraubenspitzen im Holz verdeckt bleiben. Sie lässt sich nicht von außen anschrauben, weil das L-Profil vollflächig auf der Führungsschiene sitzt.
Der Sägetischanschlag bietet Verstellmöglichkeiten in horizontaler und vertikaler Richtung, Führungs- und Andrückplatte verdeckt schrauben.
In den Seitenanschlag sind die Schrauben für den Träger eingedreht; rechts liegen die Andrückplatte mit Reiter und der Seitenausleger.
Der Stangenzirkel besteht aus einem L-Winkel als Trägerprofil und Läufern aus Vierkantrohren mit untergeschweißten Dornen zum Anreißen.
So führen Sie den Stangenzirkel. Der Anreißläufer ist fest mit dem Träger verschraubt, der Zentrierläufer lässt sich mit dem Knebel lösen.