Inhaltsverzeichnis
- Aufbau eines klassischen Sandwichelements
- Vorsicht: Aufgezogene Folien auf Sandwichelementen verursachen Rost
- Sandwichelemente für das Dach
- Fazit
Aufbau eines klassischen Sandwichelements
In der Regel bestehen Sandwichelemente aus zwei Deckschalen aus metallischem Feinblech und einem Dämmstoffkern. Sie werden vorgefertigt auf die Baustelle gebracht, um bei geeigneter Witterung montiert zu werden. Durch diesen Aufbau haben Sandwichelemente ein geringes Eigengewicht bei gleichzeitig guten statischen Eigenschaften. Sie zeichnen sich durch einen großen Wärmedurchlasswiderstand und hohe Feuerfestigkeit (Feuerwiderstandsklasse F90) aus. Damit sind Sandwichelemente hochoptimierte Bauteile, die Standsicherheit und eine hohe Funktionsdauer mit sich bringen.
| Weitere Vorteile der Sandwichelemente |
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Dabei sind die physikalischen Eigenschaften des Sandwichelements verantwortlich für dessen Bezeichnung. Denn nur, wenn die beiden Deckschalen mit dem Dämmkern schlussfest verbunden wurden und zeitgleich die Tragfähigkeit steigt, kann im technischen Sinne von einem Sandwichelement gesprochen werden. Dabei ist der Dämmkern gleichzeitig auch der statische Stützkern, da er verhindert, dass bei physikalischem Druck die Bleche seitlich ausweichen.
Technische Zusatzinfo: Die Gebrauchstauglichkeit erlangt ein Sandwichelement erst dann, wenn sie den Grenzfall der Knitterspannung erreicht und aus der elastischen zur plastischen Verformung übergeht.
→ Auch ist es typisch für Sandwichelemente sich bei Temperaturunterschieden zur wärmeren Seite hin durchzubiegen. Jedoch kann mit entsprechend heller oder dunkler Deckfarbe dieser Erwärmung durch Sonnenlicht entgegengewirkt werden.
Deckschichten
Zwar unterscheiden sich Sandwichelemente nach Herstellungsart und verwendeten Materialien teils stark voneinander. Gemein ist ihnen aber in der Regel der Aufbau in drei Schichtelemente: eine tragende und eine isolierende Deckschicht (Dämmschicht) und eine sog. Vorsatzschicht. Bei manchen Bauweisen eignen sich auch Sandwich-Luft-Elemente, in denen zusätzlich eine luftleere Schicht hinzukommt.
Stützkern
Wärmedämmender Baustoff, der mit den beiden Deckschichten verbunden ist, so lässt sich der Dämm- oder Stützkern am besten beschreiben. Wichtig dabei ist, das der Verbund kraftschlüssig sein muss, sodass er bei physikalischer Beanspruchung als Einheit fungiert. Ebenso befindet sich der Taupunkt für bauphysikalische Nachweise stets im Dämmkern. Denn während die Deckschichten aufgrund des verwendeten metallischen Baumaterials einen hohen Diffussionswiderstand aufweisen, ist die Dämmschicht dampf- und wasserdurchlässiger. Deshalb muss bei der Herstellung der Sandwichelemente akribisch darauf geachtet werden, dass alle Durchdringungen und Fugen dicht sind, damit keine Feuchtigkeit in den Stützkern gelangen kann.
Unterkonstruktion
Als Wand- oder Dachbauteile werden Sandwichelemente stets auf einer Unterkonstruktion befestigt, d. h. sie liegen oder stehen weder auf dem Dach noch an der Wand an. Dementsprechend können beim Austausch oder Reparatur sog. verdeckt-befestigte Sandwichelemente nur vom Montageende aus demontiert werden. Der Grund dafür ist, dass das Stecksystem jede Demontage im Feld verhindert. So müssten bei einer Reparatur, beispielsweise des 10ten Sandwichelements, alle vorangesteckten Sandwichelemente abmontiert werden.
Montage
Sandwichelemente werden industriell gefertigt. Die Montage und vorausgehenden oder anschließenden Bauarbeiten sind standardisiert. Um diese Standards einzuhalten stellt die DIN EN 14509-2 "Selbstragende Sandwich-Elemente mit beidseitigen Metalldeckschichten – Werkmäßig hergestellte Produkte – Spezifikation" technische Anforderungen an die Herstellung und Verbauung. Zusätzlich existieren seit 2014 die Qualitätsrichtlinien für Sandwichelemente und Profile (basierend auf den Beschlüssen der "European Association for Panels and Profiles, PPA-Europe).
Falls die Sandwichelemente ein Teil der Dachdeckung werden, gilt die DIN EN 14782 (Selbsttragende Dachdeckungs- und Wandbekleidungselemente für die Innen-. und Außenanwendung aus Metallblech – Produktspezifikationen und Anforderungen für selbsttragende Profile). Speziell für die Unterkonstruktion der Sandwichelemente ist die DIN EN 1090 (Ausführung von Stahlt- und Aluminiumtragwerken für tragende Profile) verantwortlich.
Vorsicht: Aufgezogene Folien auf Sandwichelementen verursachen Rost
Sandwichelemente werden häufig als Stahlhartschaumverbundplatten in Gewerbebauten verwendet. So entstehen meist große, fensterlose Oberflächen, die als Werbeträger genutzt werden können. Aufgeklebte Folien zu verwenden, ist hierbei die favorisierte Vorgehensweise. Nun zeigte sich aber in der Vergangenheit des Öfteren, dass sich unter der Folie Blasen und entlang der Ränder Rotrost bildeten. Beim Aufschneiden der Blasen kam eine milchig-weiße und unangenehm riechende Flüssigkeit zum Vorschein. Bei einer anschließenden Entfernung der Folie traten im Bereich der Blasen weißliche Ablagerung (Zinkhydroxid, bzw. Weißrost) zutage. Bei näherem Hinschauen wird klar: Die Folie ist entlang des oberen Rands undicht. Das liegt in den meisten Fällen daran, dass die Außenschale des Sandwichelements in Form eines Sägezahns profiliert und die Folie dadurch punktuell nicht luftdicht ist.
Aber was beeinflusst nun die Rost- und Blasenbildung konkret?
- Die Folie wird direkt nach der Behandlung der Außenschale des Sandwichelements mit einem Zinküberzug und einem Schutzlack angebracht.
- Die Sandwichelementwände werden vor dem Aufziehen zusätzlich mit Reinigungsmitteln behandelt.
- Die Folie selbst wird mit einer wässrigen Polyacrylat-Dispersion aufgeklebt.
- Verwendung einer PVC-Folie
- Organische Schutzlacke schrumpfen im Laufe der Zeit durch ultraviolette Strahlungsanteile.
→ Reinigungsmittel haben bei übermäßiger Anwendung die Eigenschaft den organischen Überzug der Sandwichelemente zu beschädigen.
→ Der Kleber und die Folien selbst sind aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften unbedenklich und beeinträchtigen den Korrosionsschutz der Sandwichelemente nicht.
Die Ursache für die Rostrotbildung ist das Eindringen von Regenwasser oberhalb der Folie. Das Niederschlagswasser gelangt zwischen die Folie und das Sandwichelement und verbleibt dort, wobei gleichzeitig die Unterseite der Folie dicht ist und Kohäsions- und Kapillarkräfte das Ganze in situ halten. In der Folge kommt es zu einer Kettenreaktion: Das eingedrungene Wasser löst das verbliebene Polyacrylat und macht somit den Weg für nachfließendes Wasser frei. Einem derart starken Korrosionsangriff ist das Korrosionsschutzsystem des Sandwichelements auf längere Zeit nicht gewachsen. So gelangt das stehende Wasser durch den Lacküberzug in den Zinkmantel, das Zink wird oxidiert und wird dabei zur Hydratlösung.
→ Zwischen Folie und Sandwichelement gelangtes Niederschlagswasser wird durch Sonneneinstrahlung erhitzt – es kommt zu einem Katalysatoreffekt.
→ Praxistipp: Achten sie bei der Folierung darauf, dass es sich nicht um die Schlagwetterseite der Sandwichmodule handelt.
Welche Werbealternativen auf Sandwichelementen gibt es?
Wer nicht auf Folierung zurückgreifen möchte, dem stehen folgende Möglichkeiten offen:
- Farbaufträge als Anstrich oder im Prüfverfahren
- Tafeln aus Hartplastik mit eigener Unterkonstruktion
- Spannrahmen auf den Sandwichelementen
An dieser Stelle muss aber gesagt werden, dass alle dieser Alternativen ein gewisses Maß an Schadenspotenzial mit sich bringen.
Sandwichelemente für das Dach
Ebenso wie die Fassadenelemente sind auch Dachelemente heutzutage populär. Jedoch unterscheidet sich der Aufbau des Letzteren, da es aus einem untenliegenden, ebenen Deckblech und einem oberen Trapezprofil besteht. Bei der Befestigung eines derartigen Sandwichelementen im Dachbereich steht die anzunehmende Soglast im Eck-, Rand- und Normbereich im Fokus der statischen Betrachtung. So muss jedes Sandwichelement je Auflager mit mindestens zwei Schrauben befestigt werden. Bei einer derartigen Montage sollte auch gezielt darauf geachtet werden, dass die Dichtscheiben unter dem Kopf der Befestigungsschrauben einen Mindestdurchmesser von 19 mm aufweisen (Kalotten sind auch zulässig).
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Sandwichelemente und PV-Anlagen
Sandwichelemente, die normgerecht hergestellt werden, sind stets selbsttragend. Kommt es aber zur Montage einer PV-Anlage auf den Dachsandwichelementen, muss besonders die Statik beachtet werden. Denn sobald Zusatzlasten anfallen, werden aus selbsttragenden lasttragende Elemente. Da für diese Fälle die DIN EN 14509 nicht mehr greift, hat das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) produktbezogene Zulassungen eingeführt.
Grundsätzlich kann bei der Befestigung von PV-Anlagen auf Sandwichelementen nicht mit einfachem Verschrauben in der äußeren Deckschale des Dachelements agiert werden. Für jedes PV-Modul muss hingegen eine eigene Befestigung montiert werden, die die statischen Eigenschaften des Elementdaches nicht, bzw. nur gering beeinträchtigt. Das stellt sich in der Praxis oft als große bautechnische Hürde heraus, da es schlicht keine Möglichkeit gibt, die physikalischen Kräfte in der Verbindungsfuge von Deckschale, Dämmkern und PV-Halterung zu ermitteln.
Eine gängige Lösung ist derzeit, dass bereits bei der Montage der Sandwichelemente innerhalb der Fuge bestimmte Halterungsvorrichtungen für eine mögliche PV-Addition zu einem späteren Zeitpunkt beinhalten. Mit Blick auf die Klimaanpassung bei Gebäuden und dem Ausbau der erneuerbaren Energien ist davon auszugehen, dass es im Laufe der kommenden Jahre pauschal nur noch derartige Dachsandwichelemente geben wird.
Dabei stellt der Klimawandel eine Vielzahl an Anforderungen an moderne Bauwerke und deren Umfeld. In „Klimaanpassung an Gebäuden, Freiflächen sowie in der Stadt- und Landschaftsplanung“ finden Sie praxisnahe Handlungsempfehlungen zu klimarobustem Planen und Bauen in Ballungsräumen.
Wartung der Solaranlagen und Begehbarkeit der Sandwichelemente
PV-Anlagen oder Solarthermie-Anlagen benötigen regelmäßige Wartungs- und gelegentlich Instandsetzungsarbeiten. Dazu muss das Dachgelände begehbar sein. Nun gilt aber die Vorgabe, dass bei einem Dach mit Sandwichelementen nur eine Einzelperson und nur zu Montagearbeiten das Dach betreten darf. Das stellt Betreiber einer Dachanlage vor das Problem, dass häufige Begehungen die äußere Deckschale der Dachelemente beschädigen können. Die bislang einzig Möglichkeit, den Sandwichelementen zusätzlichen Schutz vor mechanischen Einwirkungen zu liefern, ist die Erhöhung der Beschichtung der Deckschale.
Fazit
Sandwichelemente können wichtige Bestandteile eines umfassenden Brandschutzkonzeptes sein, da sie einen hohen Feuerwiederstand (F90) aufweisen. Gleichzeitig haben sie aber einen relativ geringen Schallschutz, was vor allem bei Dachinstallationen dazu führt, dass der Niederschlag stärker hörbar ist.
Die Nutzung von Sandwichelementen im Industrie- und Gewerbebau oder auch bei landwirtschaftlichen Betriebsgebäuden ist mittlerweile gängige Praxis. Dabei sind sie Tragschale, Dampfsperre und Dämmung zugleich und können relativ problemlos montiert werden. Das macht sie zu einem Allround-Bauelement, dass jedoch nicht ohne Nachteile kommt. Denn obwohl die Montage einfach ist, gestaltet sich die Reparatur kompliziert und zeitaufwendig.
Bei einer Kombination von Photovoltaik-Anlagen und Sandwichelementen muss zusätzlich auf Vieles geachtet werden. Selbst wenn auf speziell kompatible Deckschalen zurückgegriffen wird, stellt die Wartung der PV-Anlage und die Begehung der Sandwichelemente ein potenzielles Schadensrisiko dar.
Quellen: der bauschaden, Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt), www.baunetzwissen.de
