Metallkunde - eine Basis-Information

Als Heimwerker werden Sie immer wieder mit unterschiedlichen Metallen konfrontiert. Aluminium, Kupfer, Stahl oder Edelstahl sind nur einige im Haushalt und beim Haubau verwendete Metalle. Jedes Metall hat seine bestimmten Einsatzgebiete. Mit diesem Artikel wollen wir Ihnen einen Überblick über die Metalle geben und legen dabei unser Hauptaugenmerk auf die Verwendung für das Bauwesen und für den Heimwerker. Die Wichtigkeit des Werkstoffs Eisen unter den Metallen sieht man daran, daß zwischen Eisen und Nichteisenmetallen unterschieden wird.

Die Nichteisenmetalle im Bauwesen

Aluminium (Al) — das Metall für Fenster, Türen, Dächer oder auch Flugzeuge

Aluminium ist das häufigste Metall auf der Erde. Gewonnen wird Aluminium meist aus Bauxit. Seine Pluspunkte sind die hohe Witterungsbeständigkeit, hohe Zugfestigkeit und das geringe Gewicht. Aluminium ist im Bauwesen als Blech, Band, Folie, Profil oder Gußplatte erhältlich. Es kann z. B. für Außen- und Innenwandverkleidungen, zur Dacheindeckung und zur Herstellung von Fenstern (auch in Kombination mit Holz) und Türen eingesetzt werden. Auch Rolladen, Leitern, Treppen, Markisen und Dachrinnen können aus Aluminium bestehen. Durch Eloxierung kann man die Oberfläche von Aluminiumteilen farblich gestalten und vor Korrosion schützen; auch Anstriche und Beschichtungen (Emaille, Kunststoff) können zu diesem Zweck aufgebracht werden. Der Heimwerker kann dieses Metall sehr gut selbst bearbeiten, denn es läßt sich einfach sägen und schrauben. 

Kupfer (Cu) — das Metall für Rohrleitungen, Dacheindeckungen oder Dachrinnen

metallkunde_03.jpgKupfer ist das älteste Gebrauchsmetall. Kupfer ist ein Werkstoff, der in vielen Bereichen des Bauwesens (beispielsweise in der Trinkwasser-, Heizungs-, Heizöl-, Gas-, Flüssiggas- und Solar­installa­tion sowie in Regen­wasser­nutzungs­anlagen und bestim­mten Abwasser­systemen) eingesetzt werden kann. Kupfer­rohre können vom Heim­werker mit einer einfachen Metall­säge oder mit einem Rohr­ab­schneider getrennt werden. Auch das Biegen und das Verlöten von Kupfer­rohren ist für den Heimwerker möglich. Das Verpressen von Kupferrohren mit einer Presszange ist da­ge­gen eher etwas für den Fachmann. Das gilt erst recht für das Eindecken eines Daches mit Kupfer. In Form von Tafeln, Trapez­blechen oder großen Scharen (Bändern) kommt das Kupfer auf eine vollflächige Schalung, meist aus Holz. Für ein dichtes Dach sorgen Stehfalze. Kupfer hat die stärkste Bruch­dehnung von allen Baumetallen, das heißt es läßt sich am stärksten dehnen und verformen, bevor das Material bricht. Es eignet sich daher beson­ders bei komplizierten Anschlüssen, bei denen starke Ver­form­un­gen erforderlich sind. Im Montagezustand ist Kupfer rot-metallisch glänzend. Durch Witterungseinflüsse bildet sich rasch eine Patinadeckschicht, so dass sich das geneigte Dach in einem hellgrünen bis blaugrünen Farbton zeigt. Bei senkrechten Flächen ist nicht mit einer Grünfärbung zu rechnen, sondern mit einer tiefbraunen bis anthrazitgrauen Färbung der Patina. Diese Patina, im Volksmund fälschlicherweise Grünspan genannt, führt keineswegs zu einer Qualitäts­min­der­ung der Dacheindeckung, sondern bildet im Gegenteil eine Schutzschicht. Kupfer läßt sich durch Kanten, Falzen und Biegen bearbeiten. Auch besondere Umformarbeiten, wie beispielsweise das Treiben von Kupfer ist möglich. Kupfer wird daher gerne bei denkmalpflegerischen Arbeiten verwendet. Feste Verbindungen lassen sich durch Weichlöten, Hartlöten und Schweißen herstellen. Beim Hartlöten und Schweißen sind vorübergehende Farbveränderungen im Erwärmungsbereich jedoch nicht zu vermeiden.

Messing — das Metall für dekorative Türbeschläge oder Waschtisch-Armaturen

Unter dem Sammelbegriff Messing versteht man metallische Verbindungen aus Kupfer und Zink. Um weitere besondere Eigenschaften des Werkstoffes Messing herzustellen, können neben Kupfer und Zink noch weitere Elemente wie Aluminium, Eisen, Mangan, Nickel, Silizium und Zinn hinzulegiert werden. Eine besondere Rolle nehmen die Messingsorten ein, die kleine Anteile von Blei enthalten. Sie spielen im Sanitärbereich eine bedeutende Rolle. Messing ist härter und fester als reines Kupfer. Es hat eine schöne goldene Farbe und ist verhältnismäßig teuer. Messing verwendet man zum Beispiel für Beschläge, Zierknöpfe, aber auch als Türgriffe und Türklopfer. Messing zu lackieren (beispielsweise mit einem Zapon-Lack), birgt ein großes Risiko in sich. Wird nämlich die Oberfläche, also die Lackschicht, verletzt - beispielsweise durch einen Ring oder einen anderen Gegenstand - beginnt das Messing sofort mit Sauerstoff zu reagieren (Oxydation). Als Endergebnis sind kleine und sehr feine schwarze Risse im Handlauf sichtbar. Andere Bauteile, wie Rosetten oder Stabelemente, können wiederum gut durch einen 

Blei (Pb) — das Metall für historische Verglasungen und für Dächer und Fassaden

metallkunde_02.jpg Blei ist das schwerste und dichteste Gebrauchsmetall. An der Luft bildet sich schützendes Bleioxid. Blei und Bleiverbindungen sind giftig. Legiert wird Blei mit Antimon zu Hartblei (Dachdeckerblei). Aufgrund seiner Beständigkeit ist Bleiblech ein wichtiges Schutzblech auf Dächern und Fassaden. Blei-Kupfer-Legierungen dienen zur Her­stellung von Kabelum­man­telungen, Dichtungen, Iso­lierungen und Rohr­lei­tungen. Blei ist einerseits ein Segen für die Medizin, weil radioaktive Strahlen durch Blei­wän­de abgeschirmt werden. Aus diesem Grund werden auch Patienten, die geröngt werden, „Blei­schürzen“ umge­hängt, um innere Or­gane für Strahlen zu schützen. Anderer­seits gilt Blei als giftig, wobei aus einer Dach­ein­deckung aus Blei keine Gefahren ausgehen, da kein unmittel­barer Kontakt mit Menschen stattfindet. Napoleon nahm jeden Tag ein heißes Bad und in seinem Exil auf der Insel St. Helena badete er in einer blei­ver­klei­deten Holzwanne. Sein rätselhafter Tod wird auf eine Bleivergiftung zurück geführt.

Bronze — das Metall, das einer ganzen Epoche der Menschheit seinen Namen gab

Bronze ist eine Kupfer-Zinn-Legierung, die Herstellung von Bronze ist seit der Bronzezeit (in Europa 3. bis 1. Jahrtausend vor Christi) bekannt. Unsere Vorfahren fertigten im frühen Mittelalter aus Bronze zum Beispiel wuchtige Kirchenportale, wie sie teilweise noch heute erhalten sind. Heutzutage werden noch Verbindungs- und Anschlußstücke für Rohrleitungen aus Bronze gefertigt - insgesamt hat aber Bronze im Bauwesen keine Bedeutung mehr. Wohl aber im Bereich der Park- und Gartendekoration, denn Denkmäler und Mahnmale werden immer noch zu einem erheblichen Teil aus Bronze gegossen.

Nickel (Ni) — allseits im Einsatz zur Veredelung von Stahl

Der größte Anteil des Nickels wird zur Stahlveredelung (Siehe Abschnitt Edelstahl) eingesetzt. Geringe Nickelzusätze erhöhen im Stahl die Korrosionsbeständigkeit, die Härte und die Zähigkeit. Nickellegierungen werden auch in geringem Anteil z.B. zur Münzherstellung, für Küchenbehälter ("Alpaka") oder zur Herstellung von Konstantendraht in der Elektronik verwendet. 

Zink (Zn) — Bottiche aus Blech wurden früher verzinkt und dienten als Badewanne

metallkunde_04.jpgDer größte Anteil des produzierten Zinks dient zum Verzinken von Eisenblech (Weißblech) für Dachrinnen, Eimer, Drähten und Rohren. Mischt man geschmolzenes Zink und Kupfer, erhält man Messing (Siehe Abschnitt Messing). Diese Legierung wird in der Schmuck­indu­strie und im Sanitärbereich in großem Umfang verwendet. Zink schützt allerdings langfristig nicht vor Durch­ros­tung insbesondere bei Dachrinnen im späten 18. und im frühen 19.Jahrhundert, als Badewannen aus Keramik oder Email noch unbekannt waren, badeten unsere Vorfahren — wenn überhaupt — in einem blechernen, verzinkten Wäschebottich. Der wurde aus der Waschküche in die Küche getragen und dort mit heißem Wasser befüllt. Im Volksmund heiß es dann: zuerst der Vater, dann die Mutter und dann vier oder sechs Kinder der Reihe nach in die „Bütt“ — natürlich in derselben Brühe. 

Eisen, Stahl und Edelstahl im Baubereich

Eisen ist das wichtigste Gebrauchsmetall. In der Umgangssprache werden die Begriffe Eisen, Stahl und Edelstahl ganz selbstverständlich verwendet, von vielen sogar synonym. Dabei gibt es einige Unterschiede, die in diesem Kapitel dargelegt werden sollen. Reines, also metallisches Eisen ist ein ziemlich weiches, silberweißes, nahezu unbrauchbares Metall. Erst durch den richtigen Anteil an Kohlenstoff und anderen Legierungselementen entsteht Stahl; ein Produkt, das vielseitige Eigenschaften und Verarbeitungsmöglichkeiten bietet. Je höher der Kohlenstoffgehalt, desto spröder wird das Material und umso niedriger wird der Schmelzpunkt. Dann spricht man nicht mehr von Stahl, sondern von Gusseisen oder Roheisen. 

Eisen (Gusseisen) - das Metall unserer Väter für Pavillons oder Balkongeländer

metallkunde_05.jpg Hat Eisen einen Kohlenstoffgehalt von über zwei Prozent, kann es nicht geschmiedet, sondern nur gegossen werden, wobei dem Eisen dann noch Silizium, Mangan, Chrom oder Nickel beigegeben werden. Die hohe Zeit des Gusseisens im Baubereich war die Epoche zwischen 1860 und etwa 1920, als ganze Brücken, vor allem aber Balkongeländer und Balustraden aus Gusseisen hergestellt wurden. Auch die Tragekon­struktion von Wintergärten und Pavillions dieser Zeit war aus Gusseisen gefertigt. Das Foto zeigt das Detail eines gusseisernen historischen Balkongeländers, wie sie im Bauantikhandel gelegentlich angeboten werden. Heutzutage werden aus Gusseisen Pfannen und Töpfe her­ge­stellt, im Baubereich vor allem Gullydeckel, Kanalroste und ähnliches. Gelegentlich tauchen auch Zwingen in den sog. Billigläden auf, die aus Gusseisen bestehen, in Fernost hergestellt worden sind und beim ersten kräftigen Anziehen auseinanderbrechen. Bekannteste Sorte des Gusseisens ist der Grauguss mit Kohlenstoffüberschuß in Form von Graphit. Grauguss ist relativ korrosionsbeständig, weshalb Denkmäler auch aus Grauguss gegossen werden statt aus der viel teureren Bronze. 

Stahl - das Universalmetall von der Betonbewehrung bis zum Brückenbau


metallkunde_06.jpg Hat Eisen einen Kohlenstoffgehalt von unter zwei Prozent, spricht man von Stahl. Ausschlaggebend für die Qualität des Stahls ist jedoch nicht alleine der Anteil des Kohlenstoffes, sondern dieser muss als Eisenkarbid chemisch gebunden sein. Stahl kann durch Schmieden, Schweißen und Feilen, Sägen und Bohren usw. bearbeitet werden. Durch entsprechende Be­hand­lung der Stahl­schmel­ze und Oberfläche lassen sich Eigenschaften wie Härte, Festigkeit, Formbarkeit und Korrosions­beständ­ig­keit maßgeblich beeinflussen. Im Handel wird er in Form von Blechen, Stangen­material und Rohren angeboten. So stehen Ihnen für Ihre Arbeiten Halberzeugnisse mit den unter­schied­lichsten Quer­schnitt­en zur Verfügung. Die Schwerindustrie stellt die unter­schied­lichsten Stahlsorten her. Der Fachmann unterscheidet je nach Verwendungszweck zwischen: einfachem Baustahl, niedriglegiertem Stahl und hochlegiertem Stahl. Baustähle (z.B. mit der Abkürzung »ST 37«) sind beinahe für alle Arbeiten geeignet. Aufgrund der guten Eigenschaften bietet sich Stahl für viele Arbeiten im Heimwerkerbereich an. Stahl ist ebenso wie die anderen Metalle in Form von Blechen (1/10 bis 100 mm) in den verschiedensten Voll- oder Hohlprofilen erhältlich: runde, rechteckige, quadratische Querschnitte als Rohr, in L-, U-, T- oder Doppel-T-Form. Damit lassen sich hervorragend Regalgestelle zusammenschweißen oder Halterungen für Regalböden erstellen. Daneben gibt es eine Vielzahl von speziellen Profilquerschnitten, die sich beim Regalbau, z.B. als Führungsschienen, Halterungen für Holzfachböden oder Glasplatten, geschickt einsetzen lassen. Die meisten Profilhalbzeuge sind in einer Länge bis zu 6 m erhältlich. Außerdem finden Sie im Fachhandel Bleche mit verschiedenen Riffelungen, in Wellenform oder als Lochbleche, die interessante Gestaltungsmöglichkeiten bieten. Stahl kann auch industriell oder handwerklich beschichtet werden. Wir beschreiben an dieser Stelle lediglich kurz, wie man Stahl handwerklich beschichtet. Bei unbehandelten Stahluntergründen müssen zunächst mit der Stahlbürste, Schleifpapier oder durch Sandstrahlen alte Oxidschichten beseitigt werden, anschließend muss entfettet und der Schleifstaub beseitigt werden. Als Beschichtung wird zunächst eine Grundierung beispielsweise auf Epoxidbasis mit Korrosions­schutz­pig­men­ten (z.B. Zink, Eisenglimmer) aufgetragen. Als Deckbeschichtung verwendet man einen auf die Grundbeschichtung abgestimmten, nicht wärmehärtenden Decklack. 

Eine Besonderheit ist der um 1029 in den USA erfundene Corten-Stahl, der ein wetterfester Baustahl ist — trotz seiner vermeintlich durch Rost gefährdeten Oberfläche. Dieser Stahl bildet unter Einfluss von Sonne, Regen und Luft eine schützende, rostige Sperrschicht, was dem Stahl eine besondere Struktur gibt und ihn vor weiterer Korrosion schützt.

Edelstahl — das rostbeständige Metall für Bestecke, Spülbecken oder Treppengeländer

metallkunde_07.jpgEdelstahl - auch Chrom-Nickel-Stahl - ist eine Legierung aus Eisen und Chrom, Nickel, Molybdän oder Mangan. Er ist korrosionsbeständig (Rostgefahr) und unempfindlich gegenüber Säuren und Laugen. Je nach Zusammensetzung unterteilt man Edelstahl in Chromstahl, Chrom-Nickel-Stahl oder Chrom-Mangan-Stahl. Chromstahl wird zum Beispiel zur Herstellung von Messerklingen, Scheren sowie von Besteck und Kochgeschirr verwendet. Sehr widerstandsfähig gegen Korrosion ist Chrom-Nickel-Stahl. Es wird beispielsweise zur Herstellung von Spülen und hochwertigem Besteck und Kochgeschirr verwendet. Besonders widerstandsfähig ist Chrom-Mangan-Stahl. Die am häufigsten verwendeten Legierungs­metalle bei der Edelstahlherstellung sind Chrom und Nickel. Je nachdem, für welche Gegenstände der Edelstahl Verwendung finden soll, werden der Legierung noch zusätzlich Molybdän und/oder Vanadium beigemischt Jedes Metall hat ganz bestimmte Eigenschaften. Chrom macht den Stahl rostfrei, Nickel macht den Stahl widerstandsfähig gegen Säuren, Molybdän verstärkt die Wirkung von Chrom, und Vanadium verfeinert die Legierung und erhöht die Verarbeitungsfähigkeit. Der Heimwerker sollte darauf achten, daß sein Werkzeug mindestens aus Chrom-Vanadium-Stahl besteht.

Foto(s): www.fotoatelier-schumacher.de