Marktübersicht Montageschienen: Festigkeit und Verarbeitung im Vergleich

Das Angebot an Montageschienen im Markt ist breit und reicht von leichten Modellen für den Heizungskeller im Einfamilienhaus bis zu großen und schweren Schienen für den industriellen Rohrleitungsbau, mit denen sogar tragfähige Konstruktionen in der Gebäudestruktur gebaut werden können. Für eine Marktübersicht ist es deshalb sinnvoll, sich auf in der Haustechnik häufig verwendete Produkte zu konzentrieren.

Dies wären verzahnte Schlitzschienen mit quadratischem Querschnitt und einer Kantenlänge von 40 bis 50 mm. Solche Schienen bieten die Hersteller mit mehreren Materialstärken an. Üblich sind 1,5 bis 3 mm. Bevorzugt sollen hier Schienen mit einer Stärke von 2 mm in den Vergleich aufgenommen werden. Die Materialstärke hat hinsichtlich der Belastbarkeit natürlich einen Einfluss. Wesentlich größer ist jedoch die Auswirkung der geometrischen Form. Schienen mit rechteckigen Querschnitten (hochkant) können erheblich höhere Lasten aufnehmen als die quadratische Variante.

Beim Vergleich eines quadratischen und eines doppelt hohen Profils ergibt sich für das doppelt hohe Modell ein vierfach höheres Widerstandsmoment, das zur Berechnung der maximalen Biegespannung benötigt wird. Demnach hat das doppelt hohe Profil die vierfache Tragfähigkeit. Weiterhin hat das doppelt hohe Profil ein achtfach höheres Flächenträgheitsmoment, das zur Ermittlung der Durchbiegung erforderlich ist. Diese ist bei größeren Spannweiten relevant und entsprechend schneidet das doppelt hohe Profil hier sogar um den Faktor acht besser ab. Die Wahl der Montageschiene bzw. der Geometrie hat also einen großen Einfluss.

Zum Preis-Leistungs-Verhältnis

Der Preis ist in erster Linie abhängig vom Materialgewicht, weil bei Massenprodukten die Werkzeugkosten für alle Hersteller etwa gleich hoch und weitgehend vernachlässigbar sind. Die aussagefähige Größe ist also Gewicht pro Meter. Der erste Fragenblock der Marktübersicht beschäftigt sich mit Maßen und Gewichten.

Für die Belastbarkeit der Schiene spielt vor allem die Geometrie des Querschnitts die entscheidende Rolle. Die relevanten Größen sind hier das Flächenträgheitsmoment I für die Berechnung der Durchbiegung und das Widerstandsmoment W zur Berechnung der maximalen Spannungen im Material. Die Widerstandsmomente ergeben sich durch eine einfache mathematische Operation aus den Flächenträgheitsmomenten. In der Regel sind beide Größen in Herstellerunterlagen aufgelistet. Für Zahlenvergleiche beschränkt sich diese Marktübersicht deshalb auf die Flächenträgheitsmomente. Für Leser, die mit dem Thema nicht so vertraut sind, gibt es am Ende des Beitrags weitere Infos mit einem anschaulichen Rechenbeispiel. Bei den Flächenträgheitsmomenten werden in den Tabellen immer zwei Werte angegeben, jeweils mit y und z indiziert.

Wenn die geschlitzte Schiene nach unten geöffnet ist und die Belastung durch Kräfte in senkrechter Richtung erfolgt, ist die Durchbiegung über das mit y indizierte Flächenträgheitsmoment zu berechnen – also mit dem kleineren und damit ungünstigeren Zahlenwert.

Im zweiten Frageblock zur Belastbarkeit werden Materialeigenschaften (­Streckgrenze) sowie die Flächenträgheitsmomente abgefragt. Grundsätzlich ist zu sehen, dass die Trägheitsmomente und damit die Tragfähigkeit bei der 45er-Schiene von Mefa überproportional größer ist als bei den 41er-Schienen. Das 45er-­Maß schlägt bezüglich des Trägheitsmoments auch die Materialstärke, wie der direkte Vergleich Mefa/Würth zeigt: Beide Schienen sind gleich schwer, haben aber nicht die gleiche Tragfähigkeit. Hier spiegelt sich die Formel zur Berechnung des Widerstandsmomentes wider, bei der die Höhe des Querschnitts mit zwei potenziert wird. Die etwas höhere Schiene hat also eine höhere Tragfähigkeit.

Flexibilität und Montagefreundlichkeit

Für die Montage der Rohrleitungen gibt es konventionelle Techniken und Schnellmontagetechniken. In der Regel haben die Hersteller beide Varianten im Angebot. Bei der Schnellmontagetechnik sind die Befestigungselemente so konstruiert und vormontiert, dass sie mit einer Hand an der Montageschiene befestigt werden können. Das spart auf der Baustelle Zeit und entlastet damit den heute immer wertvoller werdenden Faktor Arbeit. Einfache Konstruktionen mit Hammerkopfschrauben werden hier nicht als Schnellmontagetechnik gewertet. Der dritte Block beginnt mit der Abfrage, ob der Hersteller ein solches System anbietet und wie er es in seiner Angebotspalette nennt.

Die relevanten Festigkeitskennwerte für Verbindungen mit der Schnellmontagetechnik sind Ausschiebekräfte und Auszugskräfte. Diese werden jedoch auf unterschiedlichen Wegen ermittelt. Einheitliche Prüfungen gemäß den RAL-Gütekriterien, die von unabhängigen Materialprüfanstalten durchgeführt und regelmäßig wiederholt werden, sorgen für ein hohes Maß an Vergleichbarkeit und Sicherheit. In die RAL-Gütekriterien fließen die gesammelte Expertise der Industriemitglieder und unabhängigen Prüfanstalten ein. Da sowohl die Mitgliedschaft in der Gütegemeinschaft als auch deren Beauftragung mit Zertifizierungen freiwillig sind, kann ein Hersteller auch andere Kriterien zugrunde legen.

Diesen Sachverhalt sollen die Fragen nach den Ausschiebe- und Auszugskräften darstellen sowie die Frage nach der Art, wie diese ermittelt wurden. Leider sind die Zahlenwerte nicht direkt vergleichbar, weil die Hersteller zulässige Zahlenwerte angeben. Es liegt in der Natur der Sache, dass sich im Sicherheitsbeiwert eine Sicherheitsphilosophie widerspiegelt. Wo Sicherheitsbeiwerte angegeben sind, ergeben sich allerdings vergleichbare Kräfte für den Versagensfall. Die Antworten zur Werteermittlung zeigen eine gewisse Bevorzugung der RAL-Kriterien durch die Hersteller. Mit der letzten Frage dieses Blocks wird schließlich ermittelt, ob die Hersteller für ihre Produkte RAL-Gütezeichen führen.

Variantenreichtum

Das Angebot an Zubehörteilen ist zum Teil sehr umfangreich und besteht unter anderem aus Gelenkhaltern, Winkelverbindern, Flachverbindern, Laschen, Knoten, Klemmverbindungen, Streben und Konsolen. Ein Maß für die Flexibilität und die Gestaltungsmöglichkeiten von Rohrabhängungen dürfte der zahlenmäßige Umfang der Zubehörteile für die Verbindung oder Anbindung der Montageschienen sein. Als Maßstab wird unter 4.1 die schlichte Zahl der Zubehörteile abgefragt.

Die Ergebnisse zeigen, dass das Angebot in der Regel sehr umfangreich ist. Andererseits ist das reine Auszählen der Produkte auch etwas unscharf. So weist Hilti hier Befestigungselemente für erdbebengefährdete Bereiche separat aus. Solche Produkte sind aber auch bei anderen Herstellern im Angebot. Bei Sikla gibt es einen Hinweis auf weitere Oberflächen- und Werkstoffvarianten, die das Zubehörangebot noch einmal vervielfältigen würden.

Korrosionsschutz

Für Standardanwendungen ohne erhöhte Anforderungen an den Korrosionsschutz reicht einfach verzinktes Material sicher aus, das die Hersteller im Regelfall auch so anbieten. Darauf zielt Frage 5.1 ab. Es gibt aber auch spezielle Anforderungen im Außenbereich mit Meerwasser und anderen korrosiven Atmosphären, wie sie im Schwimmbad oder in der Industrie zu finden sind. Unter 5.2 wird nach zusätzlichen Korrosionsschutzmaßnahmen gefragt.

Service und Qualität

Bei Fragenblock sechs stehen allgemeine Fragen zum Service und zur Qualität im Vordergrund. Zunächst wird der Vertriebsweg abgefragt. Dann folgt die Frage nach technischem Support. Hier haben die Firmen zum Teil ganze Listen geliefert. Die Angebote reichen von Software über Telefonberatungen bis zu detaillierten Planungen zum Beispiel bei personellen Engpässen. Hier wurde nur die Vorfertigung von Baugruppen separat aufgenommen – sofern vorhanden. Am Schluss steht die Frage nach Mitgliedschaft bei der RAL Gütegemeinschaft Rohrbefestigung e. V. als zusammenfassendes Kriterium für einen hohen Qualitätsstandard.

Beispielrechnung für die Durchbiegung

Betrachtet wird ein Vierkantrohr von 2 m Länge mit quadratischem Querschnitt von 40 x 40 mm und einer Wandstärke von 2 mm. Das Rohr liegt an den Enden auf und wird in der Mitte mit einer Kraft von 1 kN belastet (Skizze), also etwa durch einen kräftigen Handwerker. Für Vierkantrohre lassen sich Flächenträgheitsmomente und Widerstandsmomente in einschlägigen Formelsammlungen problemlos ermitteln – ebenso Formeln zur Berechnung der Durchbiegung und der Spannungen für unseren speziellen Lastfall. Hier lässt sich die Durchbiegung mit 10,82 mm errechnen. In die Formel gehen Kraft, Balkenlänge, Flächenträgheitsmoment und Elastizitätsmodul des Materials ein.

Die Spannung am kritischen Punkt auf der Unterseite des Vier­kant­rohrs lässt sich ebenfalls über eine einfache Formel mit dem Widerstandsmoment berechnen. Sie liegt in diesem Fall bei 136 N/mm², was der guten Hälfte der Streckgrenze für den unlegierten Baustahl S235 entspricht. Wenn sich die Last, die auf das Rohr wirkt, verdoppelt, dann knickt es in der Mitte ein.

Dieser Beitrag von Mathias Müller ist zuerst erschienen in SBZ 14/2020. Müller ist freier Journalist in Mühlacker.

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