Metallrahmen nach Maß – Konstruktion und Teilmontage

Metallrahmen nach Maß spielen in zahlreichen Branchen eine entscheidende Rolle: Sie dienen als Tragstruktur für Maschinen, Anlagengehäuse, Förderbänder, Transportwagen oder architektonische Konstruktionen. Standardrahmen reichen in vielen Anwendungen nicht aus, weil sie sich nicht an spezifische Lastfälle, Schnittstellen oder Bauraumvorgaben anpassen lassen. Individuelle Metallrahmen müssen daher präzise entworfen, gefertigt und – je nach Projekt – teilweise vormontiert werden, damit Baugruppen vor Ort schnell integriert werden können. In der Einleitung erläutern wir, welche Anforderungen an maßgefertigte Rahmen gestellt werden und warum ein professionelles Profilbiegen und eine sorgfältige Teilmontage den Unterschied zwischen passgenauer Lösung und aufwendigen Nacharbeiten ausmachen. Der Beitrag zeigt, wie Sie bei der Auswahl von Werkstoff, Profilquerschnitt und Beschichtungen vorgehen, welche Normen und Toleranzen in der Konstruktion beachtet werden müssen und wie Sie das Risiko von Verformungen und Fehlmaßen minimieren.

Anforderungen und Rahmenbedingungen

Belastungsanalyse und Anforderungsprofil

Jeder maßgefertigte Metallrahmen entsteht aus einer sorgfältigen Anforderungsanalyse. Konstrukteure müssen zunächst Lastfälle, Umgebungsbedingungen und Integrationserfordernisse bestimmen. Dazu gehören:

• Mechanische Belastungen wie Gewicht der montierten Komponenten, dynamische Kräfte (Schwingungen, Stöße) und eventuell zyklische Lasten aus Fertigungsprozessen. Für hochbelastete Konstruktionen werden häufig Stahlbau‑Stähle der Klassen S235/S355 gewählt; sie kombinieren hohe Festigkeit mit guter Schweißbarkeit und erlauben robuste Querschnitte.
• Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit, chemische Medien oder Temperaturschwankungen. Edelstahl (z. B. 1.4301 oder 1.4571) bietet eine hohe Korrosionsbeständigkeit, während Aluminiumrahmen durch das geringe Gewicht Vorteile in der Mobilität besitzen. Legierungen wie AW‑5083 und AW‑5754 behalten ihre Festigkeit nach dem Schweißen und weisen hervorragende Korrosionsresistenz auf – typisch für Schiffs- und Geländefahrzeugrahmen.
• Schnittstellen und Einbauraum: Welche Komponenten müssen im Rahmen montiert oder angeschlossen werden? Sind Schraubverbindungen, Schweißflansche oder Befestigungsbohrungen erforderlich? Bereits in der Konzeptphase sollten Sie diese Schnittstellen definieren und die nötigen Befestigungselemente berücksichtigen.
• Oberflächenanforderungen: Je nach Einsatzgebiet sind Beschichtungen (Pulverbeschichtung, galvanische Verzinkung, Lackierung) oder Eloxal-Schichten erforderlich, um Korrosion zu verhindern oder eine bestimmte Farbe zu erhalten. Pulverbeschichtungen liegen typischerweise zwischen 60 und 120 µm, während anodische Schichten bei Alu oft 8–25 µm (dekoratives Eloxal) oder 40–60 µm (Harteloxal) betragen.

Normen und Toleranzen

Sobald die Anforderungen feststehen, definiert die Konstruktion die zulässigen Abweichungen. Die DIN EN ISO 13920 gibt allgemeine Toleranzen für Schweißkonstruktionen vor. Für Längenmaße sehen die Toleranzklassen A–D Grenzabweichungen von ±1 mm bis ±6 mm bei Bauteilen bis 2000 mm Länge vor; bei größeren Rahmen (bis 12 m) liegen die Abweichungen zwischen ±6 mm und ±27 mm. Für Winkelmaße definieren die Klassen A–D zulässige Abweichungen von ±20 Bogenminuten (≈ ±0,33°) bis ±1°30' abhängig von der Schenkellänge. Geradheit, Ebenheit und Parallelität werden in den Klassen E–H geregelt; hier schwanken die zulässigen Abweichungen je nach Seitenlänge zwischen 0,5 mm und 32 mm.

Bei Rohr- und Profilbiegeteilen gelten ergänzende Werknormen: Die Toleranzen für den mittleren Biegeradius (Rm) hängen vom Sollradius und vom Biegewinkel ab. Bei Rohrbögen mit Winkel ≤ 90° sind für Rm ≤ 50 mm Abweichungen von ±1,5 mm erlaubt; bei Rm 501–1000 mm ±5 mm; ab 1001 mm Radius gelten prozentuale Toleranzen von ±2 %. Für Winkel > 90° steigen die erlaubten Abweichungen – bei Winkeln > 145° können bei großen Radii bis ±25 mm bzw. ±8 % auftreten. Biegewinkel selbst dürfen je nach Genauigkeitsgrad f, m oder g um ±0,5°, ±1° oder ±2° variieren.

Ovalität und Wanddickenänderungen sind ebenfalls geregelt. Die Ovalität – definiert als prozentuale Differenz zwischen größtem und kleinstem Außendurchmesser – darf maximal 10 % betragen, wenn der Radius kleiner als das Vierfache des Außendurchmessers ist, und 5 %, wenn der Radius größer ist. Beim Kaltbiegen von Rohren mit Rm > 2·D reduziert sich die Wanddicke an der Biegezugzone; entsprechende Formeln helfen, die Mindestwanddicke zu ermitteln und bei dünnwandigen Profilen bis zu 40 % Materialverlust einzuplanen.

Werkstoff- und Profilwahl

Stahlrahmen

Stahl ist aufgrund seiner hohen Festigkeit und steifen Eigenschaften der Standardwerkstoff für tragende Rahmen. Baustähle wie S235 und S355 bieten Streckgrenzen von etwa 235 MPa bzw. 355 MPa und lassen sich gut schweißen und biegen. Rostträger werden durch Verzinken oder Pulverbeschichten geschützt. Für höhere Anforderungen kommen Feinkornbaustähle zum Einsatz, die bei gleichen Querschnittsabmessungen höhere Festigkeiten liefern und das Gewicht reduzieren können. Wichtig ist, dass die Schweissbarkeit je nach Legierung sichergestellt wird und gegebenenfalls Vorwärm- oder Nachwärmprozesse erforderlich sind.

Edelstahlrahmen

Für Umgebungen mit hoher Feuchtigkeit, chemischen Belastungen oder hygienischen Anforderungen (Lebensmittelindustrie) bieten Austenitische Edelstähle wie 1.4301 (AISI 304) und 1.4571 (AISI 316Ti) eine hohe Korrosionsbeständigkeit und sind gut formbar. Bei Rahmen aus Edelstahl müssen höhere Biegeradien eingeplant werden, da der Werkstoff bei zu kleinen Radien Risse bilden kann. Es empfiehlt sich, den Innenradius mindestens das 1,5- bis 2-fache der Materialdicke zu wählen und bei Profilbiegeteilen an die geringere Elastizitätsgrenze zu denken. Für kritische Medien ist die Oberflächengüte wichtig: Polierte oder gebürstete Oberflächen minimieren Schmutzablagerungen.

Aluminiumrahmen

Aluminiumlegierungen bieten ein geringes Gewicht, gute Korrosionsbeständigkeit und eine ansprechende Optik. Die Legierungen AW‑5083 und AW‑5754 haben sich für Rahmen bewährt: Sie sind seewasserbeständig, lassen sich gut schweißen und behalten ihre Festigkeit nach dem Schweißen. AW‑5083 erzielt Streckgrenzen um 145 MPa und Zugfestigkeiten um 300 MPa; AW‑5754 erreicht Streckgrenzen um 80–190 MPa und Zugfestigkeiten von 190–285 MPa. Legierungen der 6000er‑Reihe (z. B. AW‑6082) bieten noch höhere Streckgrenzen (≈ 310 MPa) und eignen sich für hochbelastete Rahmen. Aluminiumprofile lassen sich gut biegen, allerdings ist der Biegeradius materialabhängig: Bei runden Rohren entspricht der kleinste mittlere Biegeradius etwa 1,5 × Rohrdurchmesser; bei rollgebogenen Profilen beträgt der Mindest­rollbiegeradius etwa 5 × Durchmesser. Rechteckige Hohlprofile sollten nach der induktiven Warmbiege‑Norm einen Mindestbiegeradius von 10 × Höhe aufweisen.

Profilgeometrie und Querschnittsauswahl

Die Wahl des Profilquerschnitts beeinflusst die statische Tragfähigkeit, das Verformungsverhalten beim Biegen und die Schweißbarkeit. Quadratische Hohlprofile sind torsionssteif und eignen sich für Rahmen mit gleichmäßiger Belastung. Rechteckprofile erlauben eine differenzierte Ausnutzung; der größere Schenkel trägt die Hauptlast. U‑Profile und L‑Profile werden häufig für leichte Konstruktionen oder als Anschlussprofile eingesetzt. Bei Profilbiegeteilen sollten Sie beachten:

• Für runde Rohre variiert der Biegeradius je nach Durchmesser; 1,5 D bis 5 D sind typisch. Kleinere Radien erfordern Spezialwerkzeuge oder Warmbiegeverfahren.
• Für quadratische und rechteckige Hohlprofile ist der Biegeradius größer. Induktives Warmbiegen erlaubt Radien ab dem 1-fachen Außendurchmesser für große Kreishohlprofile. Bei Rechteckprofilen wird ein Mindestradius von 10 × Höhe empfohlen.
• Walzprofile aus Stahl (I‑Träger, U‑Profile) werden selten gebogen. Stattdessen werden sie geknickt oder aus Einzelteilen verschweißt. Bei Richtungsänderungen empfiehlt sich ein Gehrungsstoß mit nachfolgendem Schweißstoß.
• Dünnwandige Profile können beim Biegen oval werden; deshalb sind Fülldorne oder innere Stützwerkzeuge sinnvoll, um Ovalität unter 10 % zu halten.

Konstruktionsregeln für Metallrahmen

Geometrie und Biegeradius

Bei der Gestaltung von Rahmen hat die Wahl des Biegeradius großen Einfluss auf Formstabilität und Fertigungsaufwand. Folgende Regeln helfen, die Machbarkeit zu sichern und Verzug zu minimieren:

1. Innenradius ≥ Materialstärke: Für Blechrahmen sollte der Innenradius mindestens der Materialdicke entsprechen. Für hochfeste Stähle oder Edelstähle wird ein Faktor von 1,5–2 empfohlen.
2. Mindestradius nach Profilgröße: Bei Rundrohren liegt der kleinste mittlere Biegeradius zwischen 1,5 D und 3 D für Kaltbiegen und bei mindestens 5 D für Rollbiegen. Rechteckige Hohlprofile sollten bei induktivem Warmbiegen einen Radius von zehnmal der Profilhöhe nicht unterschreiten.
3. Springback berücksichtigen: Nach dem Biegen springt das Material elastisch zurück. Die Werknorm für Kaltbiegen von Profilen weist darauf hin, dass bei 180‑°‑Bögen der mittlere Radius um bis zu 50 % des Rohrdurchmessers anwachsen kann. Beispiel: Ein Rundrohr Ø40 × 2 mm aus 1.4301 mit Rm = 135 mm kann nach dem Biegen im Abstand der parallelen Schenkel um ca. +10 mm abweichen. Daher müssen Konstruktionszeichnungen den Sollradius und die zulässige Abweichung vorgeben.
4. Ovalität begrenzen: Um geometrische Verzerrungen zu begrenzen, definieren Sie Ovalitätsgrenzen gemäß Werknorm: maximal 10 % für Rm < 4·D und 5 % für größere Radien.
5. Wanddickenverlust kalkulieren: Besonders bei dünnwandigen Rohren ist die Wanddickenreduktion an der Biegezugzone zu berücksichtigen. Für Rm > 2·D kann die Wandstärke durch Dehnung bis zu 40 % sinken. Größere Sicherheitsfaktoren oder alternative Biegeverfahren sollten eingeplant werden.

Bohrungen, Aussparungen und Befestigungspunkte

Bei Metallrahmen müssen oft Bohrungen und Befestigungselemente integriert werden. Dabei ist ausreichend Abstand zu Rand- und Biegekanten einzuhalten, um Materialversagen zu verhindern. Allgemeine Konstruktionsregeln (basierend auf DFM- und Fertigungserfahrungen) lauten:

• Mindestlochdurchmesser: mindestens gleich der Materialstärke; für Stanzen und Laserfertigung besser 1,2–1,5 × Dicke.
• Abstand vom Loch zur Außenkante: mindestens zwei Blechdicken; bei extrudierten (gezogenen) Gewindelöchern mindestens das 3‑fache der Wandstärke.
• Abstand zwischen Löchern: ideal vier bis sechs Materialstärken, um Verformungen zu vermeiden.
• Biegekante zu Loch: Die Entfernung eines Lochs oder Schlitzes zur Biegelinie sollte mindestens 2,5 × Materialstärke + Biegeradius betragen, um Risse beim Biegen zu vermeiden.
• Ausnehmungen und Schlitze: Schlitze sollten breiter als die Materialdicke sein und abgerundete Enden haben, um Spannungsspitzen zu reduzieren.

Schweißgerechtes Design

Rahmen werden häufig zusammengeschweißt. Die Norm DIN EN ISO 13920 definiert Allgemeintoleranzen, aber die Gestaltung ist entscheidend, um Verzug zu minimieren. Beachten Sie:

• Gleichmäßige Steifigkeit: Querschnitte mit ähnlichen Wanddicken reduzieren die Gefahr von Schweißverzug. Übergänge zwischen dicken und dünnen Teilen sollten mit Fasen oder Übergangsblechen gestaltet werden.
• Symmetrischer Aufbau: Symmetrische Konstruktionen verteilen die Schrumpfkräfte gleichmäßig und reduzieren das Risiko von Verwerfungen.
• Schweißfolge festlegen: Der Schweißprozess sollte so geplant werden, dass wärmeinduzierte Verformungen kompensiert werden. Punkt- und Heftschweißungen fixieren Bauteile, bevor die endgültigen Nähte gelegt werden.
• Vorheizen und Spannungsarmglühen: Bei höherfesten Stählen oder dickwandigen Teilen ist Vorwärmen erforderlich, um Risse zu vermeiden; anschließendes Spannungsarmglühen reduziert Eigenspannungen.
• Zugänglichkeit für Prüfung: Nähte sollten so positioniert werden, dass Inspektionen (z. B. visuelle Prüfung, Magnetpulver- oder Ultraschallprüfung) möglich sind. Bei hohen Sicherheitsanforderungen sind Schweißzertifikate nach EN 1090 erforderlich.

Fertigungsprozesse für Metallrahmen

Laserschneiden und Profilzuschnitt

Vor dem Biegen und Schweißen müssen Profile und Bleche präzise zugeschnitten werden. Faserlaser ermöglichen hohe Schnittgeschwindigkeiten und enge Toleranzen; sie verarbeiten Stahl, Edelstahl und Aluminium bis zu Materialdicken von 25 mm. Der thermische Einfluss ist gering, die Schnittspalte liegen oft zwischen 0,05 mm und 0,3 mm. Für dickere oder stark reflektierende Materialien können CO₂‑Laser oder kombinierte Laserschneid- und Stanzsysteme eingesetzt werden. Beim Rohrlaserschneiden werden Konturen, Schlitze und Ausnehmungen direkt in Rohre eingebracht, was die spätere Montage erleichtert und die Anzahl der Fügestellen reduziert.

CNC‑Biegen und Profilbiegen

Das Profilbiegen umfasst verschiedene Verfahren:

• Dornbiegen (Kaltbiegen): Das Rohr wird mit einem Dorn unterstützt, um das Kollabieren des Querschnitts zu verhindern. Es eignet sich für enge Radien bis etwa 1,5 × Durchmesser. Die Biegeradiustoleranzen und der Springback müssen eingeplant werden.
• Rollbiegen (Dreiwalzenbiegen): Drei Rollen formen den Radius Schritt für Schritt. Dieses Verfahren erzeugt große Radien; der Mindestrollbiegeradius beträgt ca. 5 × Durchmesser. Es eignet sich für lange gebogene Rahmen oder Ringsegmente.
• Induktivwarmbiegen: Ein eng definiertes Segment des Profils wird induktiv erwärmt, dann gebogen und sofort gekühlt. Dadurch können enge Radien bei dicken oder hochfesten Profilen realisiert werden. Für rechteckige Hohlprofile empfiehlt der Hersteller einen Mindestradius von 10 × der Profilhöhe.
• Segment- oder V‑Schnitt‑Biegen: Bei sehr großen Radien oder komplexen Geometrien wird das Profil an schrägen Kanten zugeschnitten und anschließend verschweißt. Dieses Verfahren vermeidet Deformationen, erfordert aber präzise Gehrungsschnitte und hochwertige Schweißnähte.

Bei jedem Verfahren sollten Versuche und Simulationen (z. B. Finite‑Elemente‑Analysen) durchgeführt werden, um die Verformung während des Biegens vorherzusagen. Auch das Werkzeugmaterial (Stahl, gehärtet) und die Schmierung beeinflussen das Ergebnis.

Schweißtechniken für Rahmen

Je nach Werkstoff und Bauteildicke kommen unterschiedliche Schweißverfahren zum Einsatz:

• MIG/MAG‑Schweißen: Für Stahl- und Edelstahlrahmen sind MAG (Metall-Aktivgas) und MIG (Metall-Inertgas) verbreitet. MAG nutzt CO₂‑haltige Gase und eignet sich für unlegierte Stähle; MIG mit Argon/Helium wird bei Aluminium und Edelstahl eingesetzt. Die Verfahren ermöglichen hohe Abschmelzleistungen und sind für lange Nähte wirtschaftlich.
• WIG‑Schweißen: Für hochwertige, porenarme Nähte, dünne Bleche und schwierige Werkstoffe (z. B. Titan, Aluminium-Legierungen) geeignet. WIG liefert fein definierte Nähte und minimiert Spritzer, ist jedoch langsamer.
• Laserschweißen: Mit Faser- oder Scheibenlasern lassen sich dünnwandige Profile spritzerfrei verbinden. Der Wärmeeintrag ist minimal, wodurch Verzug gering bleibt. In Kombination mit dem Laserzuschnitt können hochpräzise Baugruppen gefertigt werden.
• Punktschweißen und Widerstands-Schweißen: Für dünne Bleche und Aluminium-Profile wird Punktschweißen eingesetzt, um Überlappstöße schnell und reproduzierbar zu verbinden.

Die Auswahl des Verfahrens hängt von Werkstoff, Materialdicke, Zugänglichkeit und geforderter Nahtqualität ab. Eine sorgfältige Prozesskontrolle (über Strom, Spannung, Schutzgas, Drahtvorschub) und die Qualifikation der Schweißer sind essenziell. Prüfungen nach EN 1090 (Sichtkontrolle, Durchstrahlungsprüfung, Ultraschall) sichern die Qualität.

Teilmontage – Vormontierte Baugruppen als Effizienzfaktor

Was bedeutet Teilmontage?

Teilmontage bezeichnet die Vormontage von Baugruppen, bei der einzelne Rahmenkomponenten und Fremdteile (z. B. Zylinder, Lager, Sensoren) zu funktionalen Einheiten zusammengefügt werden, bevor sie zum Endkunden ausgeliefert oder in eine übergeordnete Anlage integriert werden. Sie ist besonders in der Serienfertigung sinnvoll: Hersteller wie GMM fertigen die Einzelteile, montieren sie teil­weise und lagern die Baugruppenelemente bis zum Versand. Andere Unternehmen, wie H.P. Kaysser, bieten Komponentenanbau, Teilmontage, Kleinteilemontage und komplette Systemmontage an.

Vorteile der Teilmontage

Die Teilmontage bietet vielfältige Vorteile für Auftraggeber:

1. Reduzierte Montagezeit vor Ort: Komplexe Baugruppen werden im Werk vormontiert, geprüft und dokumentiert. Beim Kunden muss nur noch die Endmontage erfolgen, was Stillstandzeiten minimiert.
2. Qualitätssicherung: Die Vormontage ermöglicht Funktionstests unter kontrollierten Bedingungen. Fehlfunktionen können frühzeitig erkannt werden.
3. Logistische Effizienz: Vormontierte Einheiten lassen sich besser verpacken, transportieren und lagern. Der Hersteller kann Baugruppen zwischenlagern, bis alle Komponenten verfügbar sind.
4. Kostenkontrolle: Durch die Konzentration der Montagearbeiten beim Fertiger entfallen zusätzliche Arbeitsstunden beim Kunden. Der Aufwand für Schulung, Werkzeuge und Inbetriebnahme vor Ort sinkt.
5. Dokumentation und Rückverfolgbarkeit: Seriöse Anbieter erstellen Montageanweisungen, Prüfdokumentationen und Kennzeichnungen. So lassen sich Baugruppen später identifizieren und bei Wartungen nachverfolgen.

Auswahl zwischen Teilmontage und Komplettmontage

Ob ein Rahmen teil- oder komplett montiert geliefert werden sollte, hängt von mehreren Faktoren ab:

• Transportgewicht und -größe: Große oder schwere Rahmen (z. B. über 20 t und länger als 20 m) werden häufig nur teil­montiert geliefert, da der Transport sonst unwirtschaftlich ist.
• Integration in bestehende Anlagen: Wenn der Rahmen an vorhandene Maschinen oder Gebäudestrukturen angepasst werden muss, ist eine Teilmontage sinnvoll. So kann vor Ort ein exaktes Aufmaß genommen und die letzte Anpassung vorgenommen werden.
• Technische Komplexität: Baugruppen mit mechanischen, elektrischen und hydraulischen Komponenten sollten in der Fertigung unter kontrollierten Bedingungen montiert und geprüft werden. Dies reduziert Fehlerquellen bei der Inbetriebnahme.
• Sicherheitsanforderungen: Bei Anlagen mit hohem Sicherheitsbedarf (z. B. Fördertechnik in der Lebensmittelindustrie) ist eine vormontierte, geprüfte Baugruppe oft vorgeschrieben, um die Einhaltung von Normen zu gewährleisten.

Qualitätssicherung und Fehlervermeidung

Typische Fehlerbilder

Bei der Fertigung und Montage von Metallrahmen können verschiedene Fehler auftreten. Einige häufige Fehler und ihre Ursachen sind:

• Maßabweichungen: Unzureichend kalibrierte Biegemaschinen oder falsch eingestellte Schweißvorrichtungen führen zu Längen- oder Winkelabweichungen. Einhaltung der Normtoleranzen (ISO 13920) und regelmäßige Kalibrierung sind daher Pflicht.
• Verzug durch Schweißen: Hohe Wärmeeinträge erzeugen Schrumpfspannungen. Symmetrische Konstruktionen, Schweißfolgen mit Gegenspannung, Spannvorrichtungen und gegebenenfalls Warmehaltung reduzieren den Verzug. Bei kritischen Rahmen können Spannungsausgleichsverfahren wie Vibrationsentspannen eingesetzt werden.
• Ovalität und Wanddickenreduzierung: Beim Rohrbiegen kann das Profil oval werden oder an der Zugseite ausdünnen. Richtlinien zur maximalen Ovalität (5–10 %) und zur Wandstärkenreduzierung sollten beachtet und durch Auswahl des richtigen Biegeverfahrens (Dornbiegen, Füllschlauch) kontrolliert werden.
• Springback: Unberücksichtigte Rückfederung führt zu falschen Radien und Winkelmaßen. Um dies auszugleichen, werden beim Biegen Übermaßwinkel programmiert und Testbiegeproben durchgeführt. Softwaregestützte Simulationen helfen, den Rückfederungswert zu prognostizieren.
• Schweißfehler: Poren, Einbrandkerben, Schlackeneinschlüsse oder fehlende Durchschweißungen beeinträchtigen die Tragfähigkeit. Regelmäßige Sichtkontrollen, zerstörungsfreie Prüfverfahren (Ultraschall, Röntgen, Magnetpulver) und qualifizierte Schweißer minimieren diese Risiken.
• Beschichtungsfehler: Unzureichende Oberflächenvorbehandlung vor der Pulverbeschichtung führt zu Haftungsproblemen und Blasenbildung. Eine mehrstufige Vorbehandlung (Entfetten, Beizen, Passivieren) sowie die Einhaltung der empfohlenen Schichtdicke von 60–120 µm sind entscheidend.

Kontrollmethoden und Prüfpläne

Zur Qualitätssicherung werden verschiedene Mess- und Prüfverfahren eingesetzt:

• Maßkontrolle: Mit 3D‑Koordinatenmessmaschinen (KMG), Lasertrackern oder optischen Scannern werden Rahmen vermessen, um Längen, Winkeln, Ebenheit und Parallelität zu prüfen. Messprotokolle dokumentieren die Ergebnisse und ermöglichen Rückverfolgung.
• Wanddickenmessung und Ovalitätsprüfung: Ultraschall‑ und taktile Messungen erfassen die Wandstärke an Biegezonen und die Ovalität. Bei Bedarf werden Innenstützen oder Füllstoffe (Sand, Keratin) verwendet, um Verformungen zu verhindern.
• Schweißprüfungen: Sichtprüfung (VT), Penetrierprüfung (PT), Magnetpulverprüfung (MT) oder Ultraschallprüfung (UT) decken Oberflächen- und Volumenfehler auf. Bei sicherheitskritischen Konstruktionen kommen Röntgenuntersuchungen (RT) zum Einsatz.
• Funktionsprüfung bei Teilmontage: Vormontierte Baugruppen werden unter Betriebsbedingungen getestet – zum Beispiel durch Belastungstests, Funktionslauf oder Dichtigkeitsprüfungen. Nur geprüfte Komponenten gelangen in die Endmontage.
• Dokumentation und Freigabe: Prüfpläne definieren, welche Merkmale zu kontrollieren sind, welche Messmittel und Normen anzuwenden sind und wie die Ergebnisse dokumentiert werden. Freigaben erfolgen erst nach Erfüllung aller Spezifikationen.

Checklisten für Einkauf und Konstruktion

Checkliste für die Angebotsanfrage

Eine präzise Anfrage erleichtert dem Fertiger die Kalkulation und vermeidet Rückfragen. Übermitteln Sie mindestens folgende Angaben:

• Rahmenmaße und Zeichnungen: 2D‑Zeichnungen oder 3D‑Modelle mit allen relevanten Maßen, Toleranzen und Schnittansichten. Bei Profilbiegeteilen die gewünschten Radien, Biegewinkel und geraden Schenkel angeben.
• Werkstoff und Profil: Angaben zu Stahlgüte oder Aluminiumlegierung, Profilabmessungen (Hohlprofil, Vollmaterial), Wanddicke sowie erforderliche Zertifikate (z. B. EN 10210 für Hohlprofile).
• Stückzahl und Lieferlosgröße: Einmalfertigung, Kleinserie oder Serie. Diese Angaben beeinflussen Werkzeug- und Rüstkosten.
• Oberflächenfinish: Pulverbeschichtung, Lackierung, Eloxal, Verzinkung; gewünschte Schichtdicke und Farbe; Norm (z. B. AAMA 2604/2605 für Pulverbeschichtung oder ISO 7599 für Eloxal).
• Montageumfang: Sollen Rahmen roh (ohne Montage), teil­montiert oder komplett montiert geliefert werden? Geben Sie an, welche Bauteile (z. B. Lager, Dämpfer, Gewindebolzen) montiert werden sollen.
• Logistik- und Verpackungsanforderungen: Maximale Transportmaße, Gewichtsbeschränkungen, notwendige Verpackung (z. B. kratzfrei, seewasserbeständige Folie) und Kennzeichnung.
• Zertifikate und Prüfdokumentation: Erforderliche Nachweise (Werkzeugnisse nach EN 10204, Schweißzertifikate EN 1090, Prüfberichte). Auch Angaben zur gewünschten Toleranzklasse nach ISO 13920 sollten enthalten sein.

Checkliste für die Konstruktion

Bei der Entwicklung eines Metallrahmens lohnt es sich, folgende Punkte systematisch abzuprüfen:

1. Lastenheft definieren: Alle Belastungen, Schnittstellen und Umgebungsbedingungen festhalten. Überlegungen zu dynamischen Kräften, Temperaturschwankungen und Korrosionsmedien einbeziehen.
2. Profil- und Werkstoffwahl: Geeignete Profile (Rund-, Quadrat-, Rechteck‑ oder Sonderprofile) und Materialien (Stahl, Edelstahl, Aluminium) anhand von Festigkeit, Gewicht, Korrosionsanforderung und Biegbarkeit auswählen.
3. Biegeradien festlegen: Radien definieren, die den Normen entsprechen und die Fertigung ermöglichen (s. Abschnitt Konstruktionsregeln). Simulationen zur Rückfederung und zum Wanddickenverlust durchführen.
4. Bearbeitungstechnologien planen: Reihenfolge von Laserschneiden, Biegen, Schweißen und eventuellen spanenden Bearbeitungen festlegen. Bearbeitungszugaben und Schweißnahtvorbereitungen berücksichtigen.
5. Fertigungs- und Prüfbarkeit: Bauteile so konstruieren, dass sie zugänglich für Schweißwerkzeuge und Prüflabore sind. Platz für Spannvorrichtungen vorsehen.
6. Montagekonzept definieren: Ob Teilmontage, Komplettmontage oder reine Lieferung der Einzelteile. Anbindung an bestehende Anlagen berücksichtigen.
7. Oberflächen und Korrosionsschutz: Geeignete Beschichtung auswählen; Material- und Prozesskompatibilität sicherstellen (z. B. Aluminium eloxieren, Stahl galvanisch verzinken, Edelstahl beizen oder passivieren). Schichtdicken definieren.
8. Dokumentation und Normen: Zeichnungen mit Stücklisten, Schweißplänen und Prüfplänen versehen. Normen wie ISO 13920, EN 1090, ISO 3834 und ggf. branchenspezifische Vorschriften beachten.

Beispiele und Anwendungsfälle

Um die zuvor genannten Regeln zu veranschaulichen, hier einige beispielhafte Anwendungen.

• Maschinenbau: Ein Rahmen für eine Verpackungsmaschine besteht aus 100 × 60 × 4 mm Rechteckrohren aus S235. Die Biegungen werden mit einem Radius von 200 mm (≈ 3,3 × Höhe) ausgeführt. Alle Schweißnähte werden MAG‑geschweißt und gemäß ISO 13920‑B toleriert. Durch Teilmontage werden Motoren, Lagergehäuse und Pneumatikzylinder bereits beim Hersteller montiert und getestet, wodurch die Inbetriebnahmezeit beim Kunden nur wenige Stunden beträgt.
• Automatisierungstechnik: Ein Aluminiumrahmen aus AW‑6082 dient als Tragstruktur für ein Robotergestell. Die Form integriert gebogene Rundrohre Ø60 × 3 mm; der Biegeradius beträgt 120 mm (2 × D). Anschlüsse für Leitungen werden durch Laserrohrschneiden eingebracht. Auf Wunsch des Kunden liefert der Hersteller die Rahmen roh, ohne Teilmontage, da die Endmontage in einem Reinraum erfolgt.
• Architektonische Fassade: Edelstahlrahmen 1.4571 halten Glaslamellen in einer geschwungenen Form. Für die Krümmung werden die Profile induktiv warmgebogen; der Biegeradius entspricht 10 × Profilhöhe. Die fertigen Teilsegmente werden im Werk mit Glashaltern vormontiert und mit einem Korrosionsschutz aus Elektropolitur versehen. Auf der Baustelle werden die Segmente verschraubt, wodurch die Montagezeit im Fassadenbau reduziert wird.

FAQ

1. Was ist der Unterschied zwischen Teilmontage und Komplettmontage? Teilmontage bedeutet, dass nur bestimmte Komponenten des Rahmens vormontiert werden, während andere Teile oder Anschlussarbeiten beim Kunden stattfinden. Komplettmontage umfasst die Endmontage, inklusive aller mechanischen, elektrischen oder hydraulischen Komponenten, mit abschließender Prüfung und Dokumentation.
2. Wie wähle ich den richtigen Biegeradius? Der Biegeradius hängt vom Profilquerschnitt, Material und Biegeverfahren ab. Für runde Rohre gilt als Faustregel ein Radius von mindestens 1,5 × Rohrdurchmesser, für rechteckige Profile nach Warmbiege‑Norm ein Radius von 10 × Profilhöhe. Kleinere Radien erfordern spezielle Werkzeuge oder segmentiertes Biegen.
3. Welche Toleranzklassen gelten für Metallrahmen? Die DIN EN ISO 13920 legt allgemeine Toleranzen für Schweißkonstruktionen fest. Für Längenmaße stehen die Klassen A–D zur Verfügung (±1 mm bis ±27 mm je nach Bauteilgröße). Für Winkel gelten Abweichungen von ±20′ (≈ ±0,33°) bis ±1°30′. Geradheit, Ebenheit und Parallelität werden über die Klassen E–H mit Abweichungen von 0,5 mm bis 32 mm geregelt.
4. Wie lässt sich Schweißverzug minimieren? Verwenden Sie symmetrische Designs, planen Sie die Schweißreihenfolge sorgfältig, fixieren Sie Bauteile vor dem Schweißen und reduzieren Sie den Wärmeeintrag. Punkt‑ und Heftschweißungen, Spannvorrichtungen und ggf. Vorwärmen und Spannungsarmglühen helfen, Verzug zu kontrollieren.
5. Welche Beschichtungen sind empfehlenswert? Für Stahlrahmen ist Pulverbeschichtung (60–120 µm) oder Feuerverzinken üblich; beides bietet guten Korrosionsschutz. Aluminiumrahmen können eloxiert werden (8–25 µm bei dekorativem Eloxal, 40–60 µm bei Harteloxal). Die Auswahl hängt von der Einsatzumgebung und den optischen Anforderungen ab.
6. Wann ist eine Teilmontage sinnvoll? Teilmontage ist sinnvoll, wenn der Transport von kompletten Rahmen schwierig oder teuer ist, wenn vor Ort weitere Anpassungen nötig sind oder wenn Sie eine geprüfte Baugruppe mit dokumentierter Funktion wünschen. Sie bietet logistische und qualitätssichernde Vorteile.
7. Welche Rolle spielt die Ovalität beim Rohrbiegen? Ovalität ist das Maß, um das der Querschnitt beim Biegen vom Kreis abweicht. Die Werknorm begrenzt die Ovalität auf 10 % (bei kleinen Radien) bzw. 5 % (bei größeren Radien). Überschreitet die Ovalität diese Werte, muss der Prozess angepasst oder ein anderes Verfahren gewählt werden.
8. Wie werden gebogene Profile geprüft? Neben dimensionalen Messungen mit KMG oder Lasertrackern werden Wanddicken und Ovalität mit Ultraschall- oder taktilen Messgeräten geprüft. Bei sicherheitsrelevanten Rahmen werden zerstörungsfreie Schweißprüfungen durchgeführt.

Metallrahmen nach Maß erfordern eine sorgfältige Planung, normgerechte Konstruktion und präzise Fertigung. Profilbiegen und Teilmontage sind Schlüsselprozesse, die maßgeblich über die Qualität und Effizienz entscheiden. Durch die Berücksichtigung der richtigen Werkstoffe, Biegeradien, Toleranzen und Beschichtungen lassen sich Rahmen herstellen, die den spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung entsprechen. Nutzen Sie die oben beschriebenen Checklisten, um vollständige Anforderungen zu formulieren, und ziehen Sie frühzeitig Fertigungspartner mit umfassender Erfahrung ein. So erreichen Sie das Ziel: ein Metallrahmen nach Maß, der funktional, robust und wirtschaftlich ist, und dessen Teilmontage Ihnen Zeit und Kosten spart.