Messing als Installationswerkstoff

Einleitung Bei den Standardlegierungen, die im Weiteren als Messing bezeichnet werden, handelt es sich im Wesentlichen um die Legierungen CuZn39Pb3 [1] und CuZn40Pb2 [2]. Grundsätzlich erfüllen Kupfer-Zink-Legierungen die an Installationswerkstoffe gestellten Anforderungen in hohem Maße. Dies ist unter anderem der Grund dafür, dass Messing wohl mit Fug und Recht als der meist verwendete Werkstoff für Armaturen und Fittings bezeichnet werden kann. Den Einzug in den Installationsbereich haben Armaturen aus Messing bereits mit dem Beginn „moderner“ Installationstechniken in Ein- und Mehrfamilienhäusern Anfang des 19ten Jahrhunderts gehabt.

Spätestens mit dem Wiederaufbau nach dem zweiten Weltkrieg wurde Messing zum eindeutigen  Standard für Fittings und Armaturen in der Sanitärtechnik.

Mengenmäßige Bedeutung Statistiken über die Produktion oder die Verwendung von Armaturen bzw. Fittings werden in Deutschland bzw. in Europa nicht in der Form erhoben, dass aussagefähige statistische Daten über einzelne Werkstoffe verfügbar sind. Allerdings werden von einer Gesamtproduktion Messing in Form von zerspanbaren Knetlegierungen (Stangen) oder Gussvorlegierungen von etwa 1,5 Millionen Tonnen jährlich in Europa [3] etwa 700.000 Tonnen allein als Vormaterial an weiterverarbeitende Hersteller von Armaturen, Ventilen und Fittings geliefert.

Bei einem angenommenen Stückgewicht von durchschnittlich ca. 700 g ^[4] bewegt sich demnach die jährliche Produktion in Europa auf eine Menge von schätzungsweise über eine Milliarde einzelner Bauteile pro Jahr. Die Zahlen für Deutschland ^[5] belaufen sich dabei beim Vormaterial auf etwa 150.000 Tonnen pro Jahr, aus denen entsprechend dann etwa 250 Millionen Bauteile gefertigt werden.

Für die Bedeutung des Werkstoffes spricht allerdings weitaus mehr die Tatsache, dass Messing bis etwa Anfang der 1990er Jahre mit einem Anteil von annähernd 95 % als praktisch einziger Armaturenwerkstoff zum Einsatz kam. Daraus ließe sich über den Bestand an Ein- und Mehrfamilienhäusern (sowie Wirtschaftsbau) in Europa theoretisch das installierte Volumen von Messing hochrechnen. Bemerkenswert bei dieser Betrachtung ist allerdings vielmehr die Tatsache, dass der Werkstoff Messing in Form von Armaturen, Ventilen und Fittings oftmals seit mehr als 30 bis 40 Jahren seinen Dienst problemlos verrichtet.

Anfang bis Mitte der 1990er Jahre haben weitere Armaturenwerkstoffe an Bedeutung gewonnen. Zu nennen wäre hier z.B. der Rotguss als eine weitere Kupferlegierung. Edelstahl hat in den letzten Jahren vorwiegend aufgrund der enorm angestiegenen Rohstoffpreise für Kupfer Marktanteile gewonnen. Dennoch ist Messing unverändert auch heute noch der Installationswerkstoff Nr. 1 mit einem Anteil von schätzungsweise etwa 70 bis 80 % an den Gesamtinstallationen. In der Haustechnik wird Messing darüber hinaus auch überwiegend für Heizungs- und Gaskomponenten eingesetzt. Auch hier beweist der Werkstoff bei teilweise abweichenden Anforderungen seit Jahrzehnten seine Zuverlässigkeit.

Herstellungsverfahren [6] Je nach Konstruktion, Ausführung und Verwendungszweck kommen unterschiedliche Herstellungsverfahren für Bauteile aus Kupfer-Zink-Legierungen zum Einsatz. Symmetrische Fittings werden überwiegend aus Voll- oder Hohlstangen auf Drehautomaten spanabhebend hergestellt. Dagegen werden Bauteile mit einer komplexeren Geometrie vorzugsweise entweder als warmgepresstes Schmiedestück oder als Gussteil gefertigt. Unabhängig vom Fertigungsverfahren hat sich Messing hier auch als ein äußerst wirtschaftlicher Werkstoff bewiesen, wie Untersuchungen [7] an unterschiedlichen metallenen Konstruktionswerkstoffen belegen. Für die Wirtschaftlichkeit von Messing und gleichzeitig für die ökologische Unbedenklichkeit des Werkstoffes spricht auch die hohe Recyclingrate.

Reststoffe der Fertigung wie z.B. Späne werden zu annähernd 100 % wieder dem Produktionskreislauf zugeführt. Fertigteile aus Messing lassen sich, gleich welchen Alters, auch nach Jahrzehnten wieder ohne Qualitätsverlust einschmelzen und zu neuen Produkten verarbeiten.

Werkstoffe Bedingt durch die beschriebenen Herstellungsverfahren kommen Kupfer-Zink-Legierungen in Europa ganz überwiegend entweder als Standardmessing, entzinkungsbeständiges Messing oder als Gusslegierung zum Einsatz. Bei den Standardlegierungen handelt es sich im Wesentlichen um die Legierungen CuZn39Pb3 und CuZn40Pb2. Hinzu kommen als entzinkungsbeständige Varianten Legierungen, denen geringe Mengen an Arsen hinzu legiert werden, um die Entzinkungsbeständigkeit zu erhöhen. Diese Legierungen enthalten in der Regel zwischen 2 bis 3,5 % Blei um eine wirtschaftliche Zerspanung zu ermöglichen.

In den letzten Jahren sind weitere bleireduzierte oder modifizierte Legierungen mit beispielsweise Arsen bzw. Silizium hinzugekommen, um die in Europa gestiegenen hygienischen Anforderungen an Werkstoffe im Trinkwasserbereich zu erfüllen. Weitere auf Standardmessing basierende Legierungen mit einem reduzierten Bleigehalt (< 0,25 %) werden zunehmend in Europa sowie für Exportzwecke verwendet.


Gesundheitliche / hygienische Aspekte
In Europa gelten vermutlich die weltweit schärfsten gesetzlichen Verordnungen bezüglich der hygienischen Anforderungen an Trinkwasser und somit auch an die Werkstoffe, die in Installationen verwendet werden dürfen. Für Kupfer-Zink-Legierungen liegt der Fokus dabei insbesondere auf der Legierungskomponente Blei sowie auf bestimmten sonstigen unvermeidbaren Begleitelementen wie beispielsweise Nickel. Die World Health Organization (WHO) hat erstmals 1953 internationale Standards für Trinkwasser ^[8] definiert. Diese wurden in der EU durch die sogenannte Trinkwasserrichtlinie ^[9] umgesetzt, die in den EU-Mitgliedsländern über entsprechende Verordnungen umgesetzt und angewendet werden müssen. Die letzte Revision der deutschen Trinkwasserverordnung ^[10] beispielsweise ist mit Wirkung vom November 2011 in Kraft getreten. Hier sind unter anderem Grenzwerte für Blei bei max. 10 μg/l ab 01. Dezember 2013 festgeschrieben. Auf Basis aufwändiger Meßverfahren hat der Werkstoff Messing bereits heute den Beweis erbracht, dass er in einer breiten Palette der für Trinkwasserinstallationen geeigneten Legierungen den zukünftig strengen Anforderungen unverändert genügt. Es ist damit sicher, dass Messing auch im Hinblick auf gesetzliche Regelwerke und zukünftige Grenzwerte mit Abstand einer der bedeutendsten Armaturenwerkstoffe in Europa bleiben wird.

Weiter ist davon auszugehen, dass die Grenzwerte gemäß der derzeit geltenden deutschen Trinkwasserverordnung auch in den übrigen EU-Mitgliedstaaten gesetzlich umgesetzt werden. Für Frankreich, Großbritannien und die Niederlande dürfte dies bereits im kommenden Jahr 2013 ^[11] der Fall sein. Weitere Länder werden folgen.

Ähnlich strenge Grenzwerte für bestimmte Stoffe wie zum Beispiel Blei oder Nickel werden zurzeit weltweit nur in einigen Bundesstaaten der USA vorgeschrieben. Dabei wird allerdings nicht die tolerierbare Abgabe eines Werkstoffes an das Trinkwasser geregelt, sondern vielmehr ein maximaler Grenzwert für die jeweiligen Legierungsbestandteile, der beispielsweise in Kalifornien ^[12] bei < 0,25 % Blei liegt. Weitere amerikanische Bundesstaaten werden diesen Vorgaben folgen.

Korrosion
Ein weiterer wesentlicher Aspekt für die Verwendung eines Werkstoffes in der Trinkwasserinstallation ist die Ausfallsicherheit und Lebensdauer. Bei metallenen Werkstoffen spielt hier im Wesentlichen die Korrosion für das funktionelle Versagen eines Bauteils eine Rolle. Für Messing sind theoretisch zwei Korrosionsformen relevant. Dies ist zum einen die Spannungskorrosion sowie die seltenere Form der Entzinkungskorrosion ^[13]. Beide Korrosionsarten sind ausreichend erforscht ^[14] und das Gefährdungspotential kann aufgrund geeigneter Fertigungsprozesse bzw. durch den Einsatz entzinkungsbeständiger Legierungen nahezu eliminiert werden. Tatsächlich können Schadensfälle aufgrund von Spannungskorrosion bei nach den anerkannten Regeln der Technik ausgeführten Bauteilen als außerordentlich selten bezeichnet werden. Entzinkungskorrosion findet ausschließlich in stark chloridhaltigem und in der Regel weichem Wasser statt. Diese „Problemwässer“ sind in etwa unter 5 % der Versorgungsgebiete in Europa gegeben, in Deutschland sind es nur knapp über 2 % der Wasserversorgungsgebiete. Diese sind dem Installateur bekannt und die Entzinkung kann durch den Einsatz entsprechender entzinkungsbeständiger Kupfer-Zink-Legierungen [15] sicher vermieden werden. Auch hier liefert die Realität letztendlich den Beweis, denn mehrere hundert Millionen Messingbauteile aus entzinkungsbeständigen Legierungen sind Jahrzehnte lang erfolgreich im Einsatz.

Fazit
Die dominante Rolle von Kupfer-Zink-Legierungen in der gesamten Haustechnik und speziell in Trinkwasserinstallationen resultiert aus der Summe ihrer Eigenschaften. Neben der hohen Wirtschaftlichkeit des Werkstoffes hat Messing auch bei verschärften Anforderungen an Hygiene, gesundheitliche Unbedenklichkeit und Korrosionsbeständigkeit seine Einsatzgrenzen in Europa noch lange nicht erreicht. Messing erfüllt auch auf lange Sicht in Zukunft die gesetzlichen Anforderungen an Installationswerkstoffe, und dies nicht nur in Europa sondern weltweit. Bei Einhaltung der anerkannten Regeln der Technik ist Messing auch aus korrosionstechnischer Sicht ein überaus sicherer Werkstoff. Damit kann Messing sicherlich uneingeschränkt als zukunftssicherer Werkstoff bezeichnet werden.

Autor: Hilbert Wann Geschäftsführer der Gütegemeinschaft Messing-Sanitär e.V. Am Bonneshof 5 – 40474 Düsseldorf Email: [email protected]

Literatur / Quellenangabe:
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[1] Werkstoffbezeichnung ISO CuZn39Pb3 / EN CW614N (Europa) / ASTM C38500 (USA)
[2] Werkstoffbezeichnung ISO CuZn40Pb2 / EN CW617N (Europa) / ASTM 38000 (USA)
[3] Quelle: International Wrought Copper Council, London (IWCC), Brass Rod Committee Statistics
[4] Eigene Berechnungen GMS; zum Teil Schätzungen
[5] Quelle: Gesamtverband der Deutschen Buntmetallindustrie, Berlin (Arbeitskreis Messingstangen)
[6] Deutsches Kupferinstitut, Düsseldorf; Informationsbroschüre „Messing-Ein moderner Werkstoff mit langer Tradition“ –
siehe auch DIN EN 12164 / DIN EN 12165 / DIN EN 12167 / DIN EN 12168
[7] Deutsches Kupferinstitut, Düsseldorf; Informationsbroschüre „Von Messing profitieren – Drehteile im Kostenvergleich“
[8] Guidelines for drinking-water quality; 4th edition; WHO 2011 383-384
[9] Richtlinie 98/83/EG des Rates über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch
[10] Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung) vom 21. Mai 2001;
BGBl 959-980 / Revision BGBl Teil1 Nr.21 vom 11. Mai 2011
[11] Acceptance of metallic materials used for products in contact with drinking water – 4MS common approach;
Umweltbundesamt Berlin
[12] Chan Bill (AB 1953) California SB1334 & SB1395 NSF Standard 61, Annex G (January 15, 2009)
[13] Deutsches Kupferinstitut, Düsseldorf; Informationsbroschüre „Messing ja – Entzinkung muss nicht sein!“
[14] Initiative Kupfer; Informationsschrift „Installationsprobleme?“
[15] Gemäß ISO 6509 - Corrosion of metals and alloys - Determination of dezincification resistance of brass