Robert Klatt
Spezialprofile aus Edelstahl können mechanischen Belastungen gut standhalten und besitzen eine hohe Korrosions- und Temperaturbeständigkeit. Sie sind deshalb langlebig und verursachen nur einen geringen Wartungsaufwand. In Bereichen, in denen eine hohe Lebensdauer und eine Belastbarkeit besonders wichtig sind, etwa beim Bau von großen Infrastrukturprojekten, sind Edelstahlprofile folglich ein essenzielles Bauteil. Die Forschung arbeitet deshalb daran, Spezialprofile aus Edelstahl stetig noch weiter zu verbessern, unter anderem durch effizientere Legierungen und neue Fertigungsprozesse.
Berlin (Deutschland). Die Bauwirtschaft hat in den vergangenen Jahrzehnten in vielen Bereichen vorwiegend auf klassische Walzträger aus Stahl und Walzträger-in-Beton (WiB) gesetzt. In besonders beanspruchten Bereichen kommen aufgrund ihrer besseren Materialeigenschaften aber immer öfter Edelstahlprofile zum Einsatz. Diese längsgeformten Bauteile aus nicht rostendem Stahl sind mit unterschiedlichen Querschnitten (zum Beispiel L, U, T, I, Vierkantrohr, Rechteck) und in sogenannten Sondergeometrien erhältlich, die perfekt auf die jeweils gewünschte Funktion und deren spezielle Belastung abgestimmt sind. Unternehmen wie die Montanstahl AG aus Stabio in der Schweiz fertigen diese Spezialprofile aus hochwertigen Legierungen je nach Geometrie und Losgröße durch Warmwalzen, Warmstrangpressen, Laserschweissen, Kaltziehen, Kaltwalzen und Mechanisches Einfalzen.
In der Wirtschaft sind Spezialprofile aus Edelstahl vorwiegend wegen ihrer Dauerhaftigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Gestaltungsfreiheit beliebt. Die hohe Belastbarkeit und die Flexibilität des Materials erlauben es, dass Spezialprofile aus Edelstahl schwere Lasten tragen und Bauwerke versteifen. Angesichts der unterschiedlichen Nutzungsmöglichkeiten stehen Edelstahlspezialprofile auch im Fokus der Forschung, die im Rahmen unterschiedlicher Projekte untersucht, wie man die Komponenten noch leichter, robuster, wirtschaftlicher und nachhaltiger machen kann.
Laut den beteiligten Wissenschaftlern ist es entscheidend, die Einsatzszenarien der Spezialprofile aus Edelstahl zu verstehen, um die Forschungsprojekte und deren Ziele entsprechend daran auszurichten. Die Architektur nutzt Edelstahlprofile vor allem, um die höheren Anforderungen ihrer Kunden an schlanke Querschnitte und sichtbare Oberflächen bei einer parallel hohen Haltbarkeit und geringen Wartungsintervallen umsetzen zu können. Die Bauteile aus Edelstahl werden von Architekten somit vor allem aufgrund ihrer Kombination aus Tragfähigkeit, Optik und Widerstandsfähigkeit geschätzt.
Im Energiesektor, etwa bei der Entwicklung von schwimmenden Solaranlagen, die laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE (Fraunhofer ISE) in Deutschland eine Peakleistung von 45 Gigawatt (GW) erreichen könnten, sind Edelstahlspezialprofile hingegen vor allem deshalb beliebt, weil sie korrosions- und temperaturbeständig sind und auch wechselnden Lasten, etwa durch schwankende Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen, standhalten können.
Edelstahlprofile sind zudem bei modernen Infrastrukturprojekten, etwa Brücken und Verkehrsbauwerken, nicht mehr wegzudenken. Diese großen Bauprojekte müssen einer jahrzehntelangen mechanischen Belastung standhalten und werden dazu noch durch Korrosion, Streusalz und andere Faktoren beeinflusst. Außerdem sollen sie jahrzehntelang bestehen und dürfen trotzdem nicht zu teuer werden. Es kommen deshalb vor allem Duplex-Edelstahlprofile zum Einsatz, die eine Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit besitzen und somit eine lange Nutzungsdauer bei überschaubaren Kosten ermöglichen.
Innovationen bei Edelstahlspezialprofilen entstehen oft durch die Weiterentwicklung des Ausgangsmaterials, also des Stahls. Der Fokus der Wissenschaft liegt dabei auf Edelstahlklassen, die für bestimmte Umgebungen konzipiert sind, etwa hochfeste Duplexprofile oder Edelstahllegierungen mit besonders guten ferritischen Qualitäten, die gleichzeitig kaum Korridoren und materialeffiziente Querschnitte ermöglichen. Ein Beispiel aus der Praxis sind neue Edelstahlprofile, die dank ihrer Festigkeit den hohen mechanischen Belastungen einer Brücke dauerhaft standhalten können, obwohl ihre Wandstärke deutlich reduziert wurde.
Im Bereich der Materialinnovationen setzen mehrere renommierte Forschungsprojekte zudem auch sogenannte Verbundkonzepte ein, bei denen in Stahlprofilen hochwertiger Edelstahl und günstiger Baustahl kombiniert werden. Edelstahl wird bei diesen Bauteilen in Abschnitten verwendet, die Korrosion ausgesetzt sind, während der deutlich günstigere Baustahl für die Tragfähigkeit des Bauteils sorgt und dessen Kosten geringhält. Ein aktuelles Projekt der Europäischen Union (EU) in diesem Bereich untersucht etwa beidseitig edelstahlplattierte, bimetallische Stähle mit dem Ziel, neue Standards für die Optimierung zu schaffen.
Weil damit zu rechnen ist, dass die Wasserstoffwirtschaft in den kommenden Jahrzehnten deutlich ausgebaut wird und auch dort Edelstahlspezialprofile zum Einsatz kommen, arbeitet die Wissenschaft schon jetzt an innovativen Edelstahllegierungen sowie an neuen Prüfmethoden. Dies ist nötig, weil Wasserstoffatome, besonders bei hohem Druck und hohen Temperaturen, in den Stahl diffundieren. Das Material kann dadurch spröder werden und es kann zu einem verzögerten Versagen kommen.
Die Wissenschaft arbeitet neben neuen Edelstahllegierungen auch an neuen Fertigungsprozessen, die Edelstahlprofile leichter und genauer machen sollen. In diesem Bereich forschen sowohl renommierte Universitäten und Institute wie das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU (Fraunhofer IWU) als auch führende Unternehmen wie Montanstahl.
Einer der zentralen Bereiche der Prozessforschung liegt in der Umwandlung des Rollformens von der Massenproduktion hin zu einer präzisen, adaptiven, Profilfertigung. Dabei werden Gerüste mit einem Servoantrieb, integrierter Temperierung und robotergestützten Ansätzen kombiniert, um lastoptimierte Edelstahlspezialprofile produzieren zu können. Simulation (FEM) und Prozesskettenstudien stellen sicher, dass die gewünschten Bauteile mit minimalen Toleranzen hergestellt werden können.
Um auch geschlossene Edelstahlprofile mit hoher Genauigkeit fertigen zu können, arbeitet die Forschung zudem am sogenannten Hydroforming (Innenhochdruckumformung/IHU), einer Fertigungsmethode, bei der Edelstahl mit einem extrem hohen Druck innerhalb einer Flüssigkeit in eine komplexe Form gepresst werden kann. Hydroforming ermöglicht es, leichte und komplexe Edelstahlprofile zu fertigen, ohne dass es dabei zu ausufernden Werkzeug- und Materialkosten kommt.
Neben den unmittelbaren Innovationen bei den Fertigungsprozessen sorgen zudem Verbesserungen in der Prozessforschung für eine immer höhere Qualität bei Edelstahlprofilen. Besonders neue Messmethoden, die Eigenspannungen, Rückfederung und Umformgrenzen präzise erfassen können, tragen stark zu einer höheren Qualität bei, weil die gewonnenen Daten in Kombination mit Computersimulation auch bei komplexen Edelstahlprofilen eine genaue Planbarkeit der Herstellung ermöglichen.
Additive Fertigungstechniken, zu denen unter anderem der bekannte 3D-Druck gehört, sind auch im Kontakt von Edelstahlspezialprofilen relevant. Laut dem bisherigen Forschungsstand werden sie in Zukunft jedoch keine herkömmlichen Fertigungsprozesse ersetzen, sondern diese gezielt ergänzen. Wirtschaftlich relevant ist vor allem das Prinzip des Hybridbaus, bei dem konventionell produzierte Stahlkomponenten durch additive Aufträge verbessert werden, etwa durch lokale Verstärkungen, die an besonders beanspruchten Positionen die Stabilität erhöhen.
Im Interesse der Forschung gewinnen zudem sogenannte bimetallische Systeme, bei denen ein Stahlkern durch edelstahlbasierte Auftragsschichten geschützt wird, immer mehr an Bedeutung. Im Rahmen der Forschungsinitiative Horizont Europa untersuchen führende Wissenschaftler nicht nur die Produktion dieser Materialien, sondern auch, wie sie durch Optimierungen der Restspannungen und der Verbundfestigkeit noch belastbare bimetallische Systeme herstellen können. In Zukunft werden diese Innovationen mit hoher Wahrscheinlichkeit auch bei Edelstahlspezialprofilen zum Einsatz kommen.
Neben den technischen Innovationen, die vor allem die Materialeigenschaften und die Wirtschaftlichkeit der Edelstahlspezialprofile verbessern sollen, arbeitet die Wissenschaft auch daran, die Umwelt- und Klimafolgen des Materials zu reduzieren. Der Fokus liegt dabei darauf, die Emissionen der Stahlproduktion zu senken. Die Nachhaltigkeit kann bei Edelstahlspezialprofilen aber auch im Produkt selbst optimiert werden, etwa durch gezielte Materialeinsparungen bei einer unveränderten Belastbarkeit.
Forscher des Fraunhofer IWU erklären, dass hierbei vor allem lastoptimierte Querschnitte entscheidend sind, weil diese Masse sparen. Unternehmen wie Montanstahl tragen zudem durch präzise Fertigungsprozesse dazu bei, dass der Ausschuss bei der Herstellung von Edelstahlspezialprofilen kontinuierlich sinkt und die Bauteile somit immer nachhaltiger werden. Entscheidend sind außerdem recyclingfreundliche Edelstahllegierungen, die eine hohe Materialqualität mit einer stetigen Wiederverwendbarkeit vereinen. Im Optimalfall wäre dadurch eine Kreislaufwirtschaft möglich, bei der alte, nicht mehr verbaute Edelstahlspezialprofile wiederverwendet und kaum neuer Edelstahl produziert werden muss.
Zusammenfassend wird somit deutlich, dass es im Bereich Edelstahl und der Produktion von Komponenten wie Spezialprofilen noch umfassende Forschungs- und Optimierungsmöglichkeiten gibt. Um diese Innovationen aus dem Umfeld der Wissenschaft in die Industrie zu bringen, ist es entscheidend, dass Universitäten, Forschungsinstitute und Unternehmen zusammenarbeiten. Ein Beispiel dafür ist Montanstahl, ein Produzent von Sonder- und Spezialprofilen aus Edelstahl und Kohlenstoffstahl, der bereits industrielle Serienlogik mit kundenspezifischer Fertigung verbindet. Das Unternehmen aus der Schweiz ist in der Branche vor allem aufgrund seiner hohen Investitionen in innovative Fertigungstechnologien bekannt, mit denen es auf die immer höhere Nachfrage nach individuellen Edelstahlprofilen reagiert hat.
Wie die Experten von Montanstahl erklären, ist bei Edelstahlprofilen vor allem die Präzision entscheidend. Diese erreicht das Unternehmen unter anderem durch seine „Low Impact“ Laserschweißtechnologie, die die Herstellung von vorpolierten Komponenten zu Sonderprofilen ermöglicht, ohne dass es dabei zu sichtbaren Schäden an den Oberflächen der Edelstahlprofile kommt. Außerdem schätzen Kunden das Unternehmen aufgrund der hohen Flexibilität, die es ermöglicht, Stahlprofile mit der gewünschten Geometrie und Werkstoffgüte projektbezogen zu beziehen.
Montanstahl ist sich angesichts der zunehmenden CO₂-Emissionen, die laut einer Studie der University of Exeter und der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) 2025 einen neuen Rekordhoch erreichen, auch seiner ökologischen Verantwortung bewusst. Das Unternehmen setzt deshalb Maßnahmen zur Reduktion seiner Emissionen um und verbessert seine Nachhaltigkeit zudem durch weitere Maßnahmen, etwa das Recycling von Prozesswasser.
Quellen:
Pressemitteilung des Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU (Fraunhofer IWU)
Projektseite der Europäischen Union (EU)
